З'єднання деталей машин

Деталі і вузли машин для передачі сил і рухів від одного елемента конструкції до іншого з'єднуються між собою за допомогою різних з'єднань, що підрозділяються на рухомі (наприклад, з'єднання головного вала швейної машини з опорами) і нерухомі (наприклад, з'єднання кришки з корпусом машини). У машинобудуванні термін "з'єднання" прийнято відносити тільки до нерухомих з'єднань деталей машин.

Види з'єднань окремих деталей і вузлів поділяють на дві основні групи: роз‘ємні і нероз‘ємні.

Нероз‘ємними називають такі з'єднання, розбирання яких неможливе без руйнування з‘єднуваних елементів, – заклепкові, зварні, клейові, паяні і з натя­гом (пресові). Вони здійснюються силами молекулярного зчеплення (зварні, паяні і клейові) або механічними засобами (заклепкові, з натягом).

Роз‘ємними називають з'єднання, які можна неодноразово розбирати і знову збирати без руйнування або істотних ушкоджень з‘єднуваних елементів. До таких з'єднань відносяться різьбові, клинові, штифтові, шпонкові, шлицьові (зубчасті) і безшпонкові.

Силові з'єднання повинні по можливості задовольняти умові рівно­міцності з елементами, що з'єднуються. У противному випадку не буде відпо­відно використаний матеріал з‘єднуваних елементів.

З'єднання елементів посудин і трубопроводів, що містять рідини і гази, повинні задовольняти умовам щільності (герметичності). Для цього поверхні з'єднуваних деталей, що контактують, повинні бути стиснуті тиском, що істотно перевищує тиск середовища.

Якщо необхідна висока точність з'єднання під навантаженням, вони повинні задовольняти умові жорсткості.

нероз‘ємні з‘єднання

1. ЗАКЛЕПКОВІ З‘ЄДНАННЯ

1.1. Області застосування, конструкції, технологія виготов­лення заклеп­кових з'єднань

Донедавна заклепкове з'єднання було основним видом нероз‘ємних з'єднань. Останнім часом у зв'язку з великими успіхами в розвитку зварювання область застосування заклепкових з'єднань різко скоротилася. Заклепкові з'єд­нання застосовуються:

1) в особливо відповідальних конструкціях, що зазнають дії різко вира­женого вібраційного навантаження; надійність зварних з'єднань при такому навантаженні ще недостатньо вивчена (при будівництві мостів, у літакобудуванні);

2) у з'єднаннях, нагрів яких при зварюванні неприпустимий через небез­пеку відпуску термооброблених деталей або короблення остаточно оброблених точних деталей;

3) для з'єднання незварюваних деталей (наприклад, кріплення обкладок із фрикційного матеріалу в гальмах і фрикційних муфтах різних машин, кріплення деталей взуття, одягу).

Рис. 1.1. Типи заклепок

У заклепкових з'єднаннях з‘єднувальними елементами служать заклепки, що представляють собою стержень круглого поперечного перерізу з головками по кінцях. Непоставлена заклепка має одну головку, яка називається за­ставною. Друга головка, утворена в процесі клеп­ки, називається замикаю­чою.

Стандартами перед­бачені наступні типи заклепок загального при­зна­чення (рис. 1.1): а) із напівкруг­лою головкою; б) із потай­ною головкою; в) із напів­потайною головкою; г) із напівкруглою низькою го­ловкою; д) із плоскою го­ловкою. Найчастіше засто­совуються заклепки з на­півкруглою головкою як найбільш технологічні з діаметром стержня від 1 до 36 мм.

Рис. 1.2. Види трубчастих заклепок

Крім зазначених стан­дартних заклепок із су­цільним стержнем, у маши­нобудуванні, приладобуду­ванні, машинах і виробах легкої промисловості засто­совують трубчасті заклепки або пістони, виготовлені зі сталевих, мідних, латун­них та інших металевих тонко­стінних трубок. Їх застосо­вують для слабконаван­тажених або нещільних з'єднань. Для з'єднання ме­талевих деталей засто­совують пістони з фланцями (рис. 1.2, а), а для з'єд­нання деталей із еластичних мате­ріалів (шкіри, тканин, деяких пласт­мас та ін.) – пістони з загнутими бортами (рис. 1.2, б).

Заклепки виготовляють із сталі, алюмінію, латуні, міді та інших мате­ріалів. Матеріал закле­пок повинен бути досить пласти­чним для забезпечення формування головок. Сталеві заклепки виготов­ляють з вуглецевих сталей (Ст 2, Ст 3, Сталь 10 кп, Сталь 20 кп), а в спеціальних випадках – із легованої сталі (09Г2, Х18Н9Т). Щоб уникнути хімічної корозії в з'єднаннях застосо­вують заклепки з того ж матеріалу, що і з'єднувані деталі.

Рис. 1.3. Технологія виготовлення заклепкового з‘єднання

Стержень заклепки вставля­ється в заздалегідь підготовлений (сверд­луванням або продавлюван­ням) отвір у з'єднуваних деталях (рис. 1.3, а), після чого з виступаю­чого кінця заклепки утворюється дру­га головка – замикаюча (рис. 1.3, б). Процес утворення замикаючої голов­ки називається клепкою. З‘єднання деталей ма­шини чи споруди, здій­снене гру­пою заклепок, називається заклепковим швом.

Довжина непоставленої заклеп­ки l визначається з умови:

,
де – сумарна товщина з‘єднуваних деталей; d – діаметр стержня заклепки.

Для полегшення постановки заклепки діаметр отвору d₀ з'єднуваних деталей виконують трохи більшим (на 0,5… 1 мм) стержня непоставленої заклепки (рис. 1.3, а). У результаті клепки стержень заклепки осідає і щільно заповнює отвір (рис. 1.3, б). Таким чином, діаметр стержня поставленої заклеп­ки дорівнює діаметру отвору під заклепку.

Клепка виконується вручну із застосуванням пневматичних клепальних молотків, або на спеціальних клепальних машинах. Машинна клепка дає з'єднання підвищеної якості, тому що вона забезпечує однорідність посадки заклепок і збільшує силу стиску деталей.

При застосуванні сталевих заклепок діаметром до 10 мм і заклепок із кольорових металів клепку роблять холодним способом, а при застосуванні заклепок більшого діаметра – гарячим (кінець заклепки підігрівають до 1000 … 1100°С).

Недоліки заклепкових з'єднань наступні: досить велика вага, ослаблення деталей отворами, необхідність виконання трудомістких робіт із клепки, супроводжуваних шумом і вібрацією.

1.2. Класифікація заклепкових з‘єднань

За призначенням заклепкові з'єднання розділяють на:

1) міцні, що забезпечують достатню міцність з'єднання (вузли машин, конструкції споруд);

2) міцнощільні, які застосовуються в тому випадку, коли крім високої міцності від шва потрібна і герметичність (парові котли і резервуари з високим тиском);

3) щільні, що забезпечують необхідну герметичність з'єднання в тих випадках, коли не потрібна висока міцність шва (резервуари з невеликим внутрішнім тиском).

За взаємним розташуванням з'єднуваних деталей розрізняють шви внапуск (рис. 1.4, а) і встик. З'єднання встик виконують за допомогою однієї (рис. 1.4, б) або двох накладок (рис. 1.4, в).

Рис. 1.4. Види заклепкових швів

Більш надійний, хоча і більш складний конструктивно, шов із двома накладками. У цьому шві силами, що прагнуть зрушити листи, кожна заклепка зрізається по двох попе­речних перерізах, у той час як у шві внапуск з однією накладкою зріз кожної заклепки відбувається по одному перерізу. У залежності від числа зрізів шви називають дво­зрізними й однозрізними.

Кожний шов може бути ви­конаний одним або кількома рядами заклепок. У залежності від цього шви розрізняють однорядні (рис. 1.5, а), дворядні (рис. 1.5, б, г, д) і багаторядні (рис. 1.5, в). Кількість рядів більше трьох через нерівномірний розподіл навантаження на заклепки зустрічається рідко. За розташуванням заклепок дворядні і багаторядні заклепкові шви розрізняють із рядовим (рис. 1.5, б, г) і шаховим (рис. 1.5, в, д) розташуванням заклепок.

Тип за­клепкового шва визначається призначенням конструкції і розрахунком шва на міцність. Відстань р між заклепками по довжині шва називається кроком заклепкового шва.

1.3. Міцність елементів заклепкового з‘єднання

Рис. 1.6. Розрахункова схема заклепкового з‘єднання

При клепанні заклепкових швів між з'єднуваними деталями виникають сили тертя, що утримують останні від зсуву. Однак визначення цих сил тертя утруднюється великим числом факторів, які важко врахувати. Тому при роз­рахунку заклепкових швів приймають наступні допущення: навантаження роз­поділяється рівномірно між заклепками; сили тертя між з'єднуваними елемен­тами відсутні.

Розглянемо заклепковий шов, що складається із z заклепок, на який діє сила F.

Навантаження, що припадає на ділянку шва шириною р, рівною кроку шва (рис. 1.6):

. (1.1)

Розглянемо можливість руйну­ван­ня шва і запишемо умови міцності:

– на зріз стержня заклепки в площині з'єднуваних деталей

, (1.2)

де – допустиме напруження на зріз для заклепок;

– на зминання між заклепкою і листом

, (1.3)

де – допустиме напруження на зминання між заклепками і листами;

– на розтяг листа по перерізу 1–1

, (1.4)

де – допустиме напруження на розтяг для матеріалу з‘єднуваних листів;

– на зріз листа по перерізу 2–2 з припущенням, що зріз відбувається по довжині

, (1.5)
де – допустиме напруження на зріз для матеріалу листів.

Визначимо співвідношення між параметрами заклепкового шва, виходячи з його рівноміцності перерахованим видам можливих руйнувань.

Із рівнянь (1.2) та (1.3) при =1,6 виходить, що ; із рівнянь (1.2) та (1.4) – при = і одержимо ; із рівнянь (1.2) та (1.5) – при =0,8 і видно, що .

На практиці для однорядного шва приймають: , , . Аналогічно отримують співвідношення для визначення для інших типів міцних заклепкових швів.

Відношення напружень в неослабленому отворами перерізі 3-3 (рис. 1.6) до напруження в перерізі 1-1, ослабленому отворами, називають коефіцієнтом міцності заклепкового шва:

. (1.6)

Коефіцієнт міцності заклепкового шва характеризує міру ослаблення з‘єднуваних елементів отворами під заклепки. Для однорядного однозрізного шва при , тобто зменшення міцності з‘єднуваних деталей складає в цьому випадку 33%; при .

Збільшення коефіцієнта міцності шва може бути досягнуте застосуванням заклепкових швів інших конструкцій, а також збільшенням площі перерізу тієї області, яка ослаблена отворами під заклепки.

1.4. Розрахунок міцних заклепкових з‘єднань

Розрахунок заклепкового шва полягає у визначенні діаметра і числа заклепок. При розрахунку попередньо визначають розміри площі перерізу з'єднуваних заклепками деталей. У залежності від товщини цих деталей при­ймають діаметр заклепок, по якому обчислюють крок і інші розміри заклеп­кового шва. Необхідне число заклепок визначають з умови міцності на зріз і зминання.

При симетрично діючому навантаженні рівняння міцності на зріз має вигляд:

, (1.7)

звідки число заклепок:

, (1.8)

де k – кількість площин зрізу заклепок.

Рівняння міцності на зминання:

, (1.9)
звідки

, (1.10)

де – найменша товщина з'єднуваних елементів.

З отриманих по рівняннях (1.8) і (1.10) значень слід прийняти більше.

2. ЗВАРНІ З‘ЄДНАННЯ

Загальні відомості

Зварне з'єднання утворюється зварюванням з'єднуваних деталей у зоні стику і не вимагає ніяких допоміжних елементів. Процес зварювання базується на використанні сил молекулярного зчеплення з'єднуваних деталей при сильному місцевому нагріванні їх до розплавленого (зварювання плавленням) або пластичного стану із застосуванням механічного зусилля (зварювання тиском). Затверділий після зварювання метал, що з'єднує зварені деталі, називається зварним швом. Зварювання – один із самих прогресивних і поширених способів одержання нероз‘ємних з'єднань. Зварне з'єднання краще інших наближає складові деталі до цілісних. У зварному з'єднанні простіше забезпечуються умови рівноміцності і зменшення маси виробу. Зварювання застосовують не тільки як спосіб з'єднання деталей, але і як технологічний спосіб виготовлення самих деталей (корпуси машин, рами, зубчасті колеса і шківи великих розмірів і т. п.). В даний час освоєно зварювання всіх кон­струкційних сталей, чавуну, алюмінієвих та інших сплавів кольорових металів, а також деяких пластмас.

У сучасному машинобудуванні з великої кількості існуючих видів зварювання найбільше поширення одержали ручне дугове зварювання електро­дом, що плавиться, автоматичне дугове зварювання електродом, що плавиться, під флюсом, електрошлакове і контактне зварювання.

Ручне дугове зварювання електродом, що плавиться, запропоноване в 1888 р. російським інженером М. Г. Славяновим. Цей вид зварювання засто­совують: для виготовлення конструкцій із короткими і незручно розташо­ваними зварними швами; у ремонтній справі; при зварюванні дрібних деталей і невеликому об'ємі виробництва.

Способи автоматичного швидкісного зварювання розроблені інститутом електрозварювання НАН України ім. Є. О. Патона і знайшли широке застосу­вання як у нашій країні, так і за рубежем. Автоматичне зварювання забезпечує одержання швів більш однорідних і міцних, ніж при ручному зварюванні, і виявляється особливо ефективним у масовому і крупносерійному виробництві.

У порівнянні з клепаними і литими зварні конструкції мають великі переваги:

1) простіше технологія підготовчих операцій;

2) процес зварювання значно продуктивніший і більш економічний за процес клепки;

3) можливість автоматизації робіт;

4) безшумність процесу зварювання;

5) можливість створення конструкцій великих розмірів і складної форми, здатних конкурувати по складності з литими деталями;

6) помітне зниження ваги конструкції й економія матеріалу на 15-20% (при заміні клепаної конструкції на зварну) і на 30-50% (при заміні литої конструкції на зварну).

До недоліків зварювання відносяться:

1) чутливість до вібраційних навантажень;

2) високі коефіцієнти концентрації напружень;

3) короблення деталей складної конфігурації;

4) складність контролювання якості шва у виробничих умовах.

Поиск по сайту: