Види зварних з'єднань і типи зварних швів

За призначенням зварні з'єднання розділяються на міцні, що забез­печують достатню міцність з'єднання, і міцнощільні, які застосовуються в тому випадку, коли крім високої міцності від шва потрібна і герметичність.

У залежності від розташування з'єднуваних деталей розрізняють наступні види зварних з'єднань: стикові (рис. 2.1, а), внапуск (рис. 2.1, б), кутові (рис. 2.1, в) і таврові (рис. 2.1, г).

Стикові з'єднання – найбільш раціональні, тому що зварені встик деталі майже цілком заміняють суцільні і мають мінімальну вагу. Завдяки цьому стикові з'єднання одержали широке поширення.

Рис. 2.1. Види зварних з‘єднань у залежності від розташування зварюваних деталей

Рис. 2.2. Види підготовки кромок зварюваних деталей

Для отримання якісного шва застосовують підготовку кромок у залежності від товщини зварюваних деталей, технології зварювання і розташування шва. Так, при ручному дуговому зварюванні застосовуються такі види підготовки кромок: без скосу кромок (кромки деталей не обробляються) – товщина зварю­ваних дета­лей d£ 8 мм (рис. 2.2, а); V-подібна – d = 3…26 мм (рис. 2.2, б); Х-подібна – d = 12…60 мм (рис. 2.2, в); U-подібна – d = 20…60 мм (рис. 2.2, г). Виконують скос однієї або двох кромок.

Зварні шви стикових з‘єднань нази­вають стиковими; зварні шви вна­пуск, кутові і таврові – кутовими.

За формою перерізу кутові шви підрозділяють на нормальні, виконані з перерізом у вигляді рівнобедреного пря­мокутного трикутника (рис. 2.3, а); спеці­альні з перерізом у вигляді прямо­кутного нерівнобедреного трикутника (рис. 2.3, б); увігнуті (рис. 2.3, в); опуклі (рис. 2.3, г). Найбільш поширені нормальні шви.

Рис. 2.3. Види перерізів зварних швів

Коли стикове з‘єднання не забезпечує необхідну рівноміцність із суцільним металом, застосовують з‘єднання з накладками (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Зварне з‘єднання з накладками

Відносно сили, що діє на шов, розрізняють такі шви: лобові, розташовані перпендикулярно до напряму сили (рис. 2.5, а); флангові, розташовані пара­лельно до напряму сили (рис. 2.5, б); косі, розташовані під кутом до напряму сили (рис. 2.5, в); комбіновані, що складаються з двох або трьох названих швів (рис. 2.5, г).

Рис. 2.5. Види зварних швів у залежності від нампрямку дії прикладеної сили

2.3. Розрахунок зварних з‘єднань

Основною вимогою при проектуванні зварних конструкцій є забез­печення рівноміцності шва і з'єднуваних ним деталей. Відповідно до цого в залежності від розмірів і розташування зварних деталей установлюють відпо­відний для даного з'єднання тип шва. Якщо зварне з'єднання здійснюється кіль­кома швами, то їх розташовують так, щоб вони були навантажені рівномірно.

При розрахунку на міцність стикових швів потовщення (наплив металу) не враховують. Крім того приймають наступне припущення: навантаження роз­поділяється рівномірно по довжині шва; напруження розподіляється рівномірно по площі перерізу шва. У залежності від напрямку сил, що діють на стиковий шов, його розраховують на розтяг (рис. 2.6):

Рис. 2.6. Розрахункова схема стикового зварного з‘єднання

(2.1)

або стиск:

, (2.2)

де і – відповідно розрахункове напруження у шві при розтягу або стиску; F – сила, що розтягує або стискає з‘єднувані деталі; l – довжина шва (приймається рівною ширині з‘єднуваних деталей); d – товщина більш тонкої зі з‘єднуваних деталей; [ ] та [ ] – відповідно допустимі напруження у зварному шві при розтягу та стиску, величина яких дорівнює допустимому напруженню для матеріалу з‘єднуваних деталей, помноженому на коефіцієнт, що залежить від виду технологічного процесу зварювання і типу електроду (вибирається з довідників).

Кутові шви розраховують на зріз по найменшій площі перерізу, роз­ташованого в бісекторній площині прямого кута поперечного перерізу шва (рис. 2.7, а). У розрахунковому перерізі товщину кутового шва приймають рівною 0,7k (h=k cos 45°»0,7k, де k=d – катет поперечного перерізу шва, який приймається, як правило, рівним найменшій товщині зварюваних деталей d).

Рис. 2.7. Розрахункова схема кутового зварного з‘єднання

При дії на кутовий шов сили F (рис. 2.7, б; силу F сприймають два шви) його розраховують по формулі

, (2.3)
де – розрахункове напруження зрізу в шві; l – довжина шва; [ ] – допустиме напруження на зріз зварного шва, яке знаходять у залежності від матеріалу зварюваних деталей, виду технологічного процесу зварювання і типу електроду у відповідних таблицях.

Довжину лобового шва (рис. 2.7, а) приймають рівною подвоєній ширині деталі, що приварюється, (з‘єднання утворюється двома швами); довжину кутового флангового шва визначають з умови міцності шва (2.3):

. (2.4)

Допустимі напруження зварних швів при статичних навантаженнях при­ймаються в залежності від допустимих напружень на розтяг основного металу і від методу зварювання та типу електроду.

При змінних навантаженнях значення допустимих напружень знижують множенням на коефіцієнт

, (2.5)
де – ефективний коефіцієнт концентрації напружень; а та b – числові коефіцієнти, які вибирають в залежності від зварюваного матеріалу (для вуглецевих сталей а =0,58; b = 0,26); – коефіцієнт асиметрії циклу навантаження шва.

У формулі (2.5) верхні знаки приймають, якщо більшим є абсолютне значення напруження розтягу, а нижні – стиску. Якщо при розрахунку отримують , то приймають .

3. ПАЯНІ ТА КЛЕЙОВІ З‘ЄДНАННЯ

Загальні відомості

По конструкції паяні і клейові з'єднання подібні зварним. Застосування пайки і склеювання в машинобудуванні зростає в зв'язку з упровадженням но­вих конструкційних матеріалів (наприклад, пластмас) і високоміцних легованих сталей, багато з яких погано зварюються.

Пайка і склеювання – одні з основних видів з'єднаннь у приладо­будуванні, радіоелектроніці, де вони є переважно сполучними, а не силовими з'єднаннями. Широко застосовуються в автомобілебудуванні, літакобудуванні, побутовій і легкій промисловості.

На відміну від зварювання пайка і склеювання дозволяють з‘єднувати деталі не тільки із однорідних, але і з неоднорідних матеріалів. При цьому кромки деталей не розплавляються, що дозволяє більш точно витримати їх розміри, а також робити повторні ремонтні з‘єднання.

Процеси пайки та склеювання порівняно легко піддаються механізації та автоматизації, що в багатьох випадках приводить до значного підвищення продуктивності праці, зниження маси і вартості конструкцій.

За міцністю паяні та клейові з‘єднання поступаються зварним в тих випадках, коли матеріал деталей має достатньо добру зварюваність (за винятком з‘єднання тонкостінних елементів типу оболонок, коли є небезпека пропалу деталей при зварюванні).

3.2. Паяні з‘єднання

Паяні з‘єднання утворюються в результаті хімічних зв‘язків матеріалу деталей і присаджувального матеріалу, який називається припоєм. Температура плавлення припою нижче температури плавлення матеріалу деталей, тому в процесі пайки з‘єднувані деталі залишаються твердими, а розплавлений припій розтікається по нагрітих поверхнях стику деталей. Поверхні деталей знежирюють, очищають від окислів та інших сторонніх часток. Без цього не можна забезпечити добру змочуваність поверхонь припоєм і заповнення зазора у стику.

Міцність паяного з'єднання значною мірою залежить від розміру зазора між з'єднуваними деталями. Оптимальний зазор залежить від типу припоя і матеріалу деталей.

Нагрів припоя і деталей при пайці здійснюється паяльником, газовою горілкою, т.в.ч., у термічних печах, зануренням у ванну з розплавленим припоєм та ін.

Для зменшення шкідливого окислювання поверхонь деталей застосо­вують спеціальні флюси (на основі бури, хлористого цинку, каніфолі), паяють у середовищі нейтральних газів (аргону) або у вакуумі.

Припоями можуть бути як чисті метали, так і сплави. Частіше за інші застосовують сплави на основі олова, міді, срібла.

Рис. 3.1. Розрахункова схема паяного з‘єднання

Розрахунок міцності з'єднань аналогічний розрахунку зварних:

для стикових з‘єднань (рис. 3.1, а):

; (3.1)

для з‘єднань внапуск (рис. 3.1, б):

, (3.2)
де [ ] і [ ] допустимі напруження відповідно розтягу та зрізу в паяному шві.

При з‘єднанні стальних деталей міцність матеріалу деталей звичайно більше міцності матеріалу шва. Умову рівноміцності можна забезпечити тільки для з‘єднань внапуск. Розмір напуску за умовою рівноміцності (рис. 3.1, б) з урахуванням рівнянь (3.1), (3.2) визначається з умови:

, (3.3)
де – допустиме напруження для матеріалу деталей.

Клейові з'єднання

Створення високоякісних синтетичних клеїв на базі фенольних, епо­ксидних та інших смол, а також фенолкаучукових та інших композицій послу­жило підставою для більш широкого застосування в маши­нобудуванні і приладобудуванні клейових з'єднань, здійснюваних за рахунок сил адгезії (сил зчеплення) у процесі затвердіння рідкого клею. Є клейові сполуки з виборчою адгезією до яких-небудь певних матеріалів – спеціальні клеї (наприклад, гумо­ві) або з високою адгезією до різних матеріалів (наприклад, до металів, кераміки, дерева, пластмас та ін.) – універсальні клеї (наприклад, БФ).

У процесі склеювання виконують ряд послідовних операцій: підготовку поверхонь деталей, нанесення клею, збирання з'єднань, витримку при відпо­відному тиску і температурі.

Найбільш поширені види клейових з'єднань: внапуск (рис. 3.2, а); стикові по косому зрізу (в ус) (рис. 3.2, б) і з накладками (рис. 3.2, в).

Рис.3.2. Види клейових з‘єднань

Міцність клейового з'єднання в значній мірі залежить від товщини клейо­вого шару (рекомендовані значення 0,05…0,15 мм), товщина якого залежить від в'язкості клею і тиску при склеюванні. Клейові з'єднання краще працюють на зсув, гірше на відрив. Тому кращими є з'єднання внапуск. Для підвищення міцності застосовують сполучення клейового з'єднання з різьбовим, зварним і заклепковим.

Розрахунки на міцність роблять за допомогою тих же формул, що і для паяних з'єднань. Якість клейового з'єднання характеризується не тільки його міцністю, але також водостійкістю, теплостійкістю та іншими показниками.

4. з‘єднання з гарантованим натягом

Рис. 4.1. Схема утворення з‘єднання з гарантованим натягом (пресового): 1 – вал; 2 – втулка

З'єднання з гарантованим натягом – це напружені з'єднання, у котрих на­тяг створюється виготовленням з'єднуваних деталей із необхідною різницею посадкових розмірів. У інженерній практиці такі з'єднання називають пресо­вими. Схема утворення пре­сового з'єднання показана на рис. 4.1: а – з'єднувані деталі перед запре­совкою; б – деталі після запресовки. Як приклад пресового з'єднання може служити з'єднання вінця черв'ячного або зубчастого колеса з його сту­пицею і т. п.

Переваги пресових з'єднань:

1) можливість передачі великих навантажень;

2) добре сприйняття ударних навантажень;

3) добре центрування з'єднуваних деталей;

4) простота виготовлення деталей.

Надійність з'єднання з натягом залежить від розміру натягу, що прийма­ється відповідно до обраної посадки, установленої системою допусків і поса­док. Значення натягу невелике і вимірюється мікронами.

По способу зборки розрізняють з'єднання з натягом, що збираються за­пресовкою, і з нагріванням охоплюючої або охолодженням охоплюваної деталі.

Значення натягу і відповідно вид посадки з'єднання з натягом визнача­ються в залежності від необхідного тиску на посадочній поверхні з'єднуваних деталей. Тиск р повинен бути таким, щоб сили тертя, що виникають на посадочній поверхні, цілком протидіяли зовнішнім силам, що діють на деталі з'єднання.

Для забезпечення взаємної нерухомості деталей з'єднання при наван­таженні осьовою силою F повинна виконуватися умова , звідки

, (4.1)
де f – коефіцієнт тертя; d та l – відповідно діаметр та довжина посадочної поверхні.

При навантаженні з‘єднання обертаючим моментом необхідно, щоб , звідки

. (4.2)

при навантаженні одночасно осьвою силою F і обертаючим моментом Т повинна виконуватись умова , звідки

. (4.3)

По отриманому значенню р визначається розрахунковий натяг з'єднання.

Порівняно рідко застосовуються з'єднання деталей із натягом, здійсню­вані стяжними кільцями і стяжними планками. На практиці часто застосовують сполучення пресового з'єднання зі шпонковим або шліцьовим.

Недоліки з'єднання з гарантованим натягом:

1) складності зборки і розбирання;

2) можливість ослаблення посадки й пошкодження посадочних повер­хонь при розбиранні.

РОЗ‘ЄМНІ З‘ЄДНАННЯ

5. РІЗЬБОВІ З‘ЄДНАННЯ

Загальні відомості

Різьбові з'єднання відносяться до роз‘ємних з'єднань і є одним із най­більш поширених видів роз‘ємних з'єднань. Широке поширення різьбових з'єд­нань пояснюється наступними їхніми перевагами:

1) універсальність;

2) висока надійність;

3) зручність розбирання і зборки;

4) відносно мала вартість різьбових деталей.

Основні недоліки різьбових з'єднань:

1) наявність значної кількості концентраторів напружень на поверхні різьбових деталей;

2) нетехнологічність (складність обробки) деяких спеціальних конструк­цій різьбових деталей.

Основні кріпильні деталі різьбових з'єднань (рис. 5.1) – болти (а), гвинти (б), шпильки (в) і гайки (г). Для запобізання самовідгвинчуванню в різьбових з'єднаннях засто­совуються шайби різних кострукцій і гайкові замки.

Рис. 5.1. Види кріпильних деталей різьбових з‘єднань

Розрізняють перераховані деталі різьбових з'єднань загального (широко поширені в різних конструкціях) і спеціального призначення (що мають обмежене застосування тільки в окремих конструкціях). Вони дуже різноманітні по конструкції. Всі деталі загального призначення і деякі спеціального призначення стандартизовані.

Поиск по сайту: