Соединения деталей машин: неразъемные соединения

Соединения одних деталей с другими могут быть неразъемными (сварные, паяные, клеевые, заклепочные, с натягом) и разъемными (резьбовые, клеммовые, шпоночные, шлицевые, профильные). Выбор вида соединения при проектировании зависит от устройства и назначения, условий эксплуатации и экономических показателей.

Сварные соединения. При создании и ремонте техники применяют газовую и электрическую сварку. Виды газовой сварки — кислородно-ацетиленовая, кислородно-водородная, кислородно-бензиновая, газопрессовая; виды электрической сварки — электродуговая, стыковая, точечная, шовная, под флюсом, аргонодуговая, атомно-водородная.

Стыковое соединение во многих случаях является наиболее простым и надежным. Его следует применять везде, где допускается конструкция изделия. В зависимости от толщины соединяемых элементов соединение выполняют с обработкой или без обработки кромок, с подваркой и без подварки с другой стороны (рис. 24.19).

При малых толщинах обработка кромок не обязательна, а при средних и больших толщинах она необходима по условиям образования шва на всей толщине деталей. Автоматическая сварка под флюсом позволяет увеличивать предельные толщины листов, свариваемых без обработки кромок, примерно в два раза, а угол скоса кромок уменьшить до 30…35°.

Сваривать встык можно не только листы или полосы, но также трубы, уголки, швеллеры и другие фасонные профили. Во всех случаях составная деталь получается близкой к целой.

Стыковые соединения могут разрушаться по шву, месту сплавления металла шва с металлом детали, сечению самой детали в зоне термического.

Рис. 24.19. Варианты стыковых швов.

влияния. Зоной термического влияния называют прилегающий к шву участок детали, в котором в результате нагревания при сварке изменяются механические свойства металла. Понижение механических свойств в зоне термического влияния особенно значительно при сварке термически обработанных, а также наклепанных сталей. Практикой установлено, что при качественном выполнении сварки разрушение соединения стальных деталей происходит преимущественно в зоне термического влияния. Поэтому расчет прочности стыкового соединения принято выполнять, но размерам сечения детали в этой зоне. Возможное снижение прочности деталей, связанное со сваркой, учитывают при назначении допускаемых напряжений. Например, при расчете полосы, сваренной встык:

• на растяжение:

• на изгиб:

где b и 8 — ширина и толщина полосы; W_x — момент сопротивления изгибу; [а'] —допускаемое напряжение для сварных соединений.

Отношение [а'] к допускаемому напряжению на растяжение для основного металла детали [а]_р является коэффициентом прочности сварного соединения.

aside class="viderzhka__img" itemscope itemtype="http://schema.org/ImageObject">

Рис. 24.20. Угловой шов.

Значение колеблется в пределах 0,9…1,0, т. е. стыковое соединение почти равнопрочно с соединенными деталями. В тех случаях, когда требуется повысить прочность соединения, применяют косые швы.

Нахлестанное соединение. Выполняется с помощью угловых швов (рис. 24.20). В зависимости от формы поперечного сечения различают угловые швы: нормальные 1, вогнутые 2, выпуклые 3. На практике наиболее распространены нормальные швы. Выпуклый шов образует резкое изменение сечения деталей в месте соединения, что является причиной повышенной концентрации напряжений. Вогнутый шов снижает концентрацию напряжений и рекомендуется при действии переменных нагрузок. Вогнутость шва достигается обычно механической обработкой, которая значительно увеличивает стоимость соединения. Поэтому такой шов применяют только в особых случаях, когда оправдываются дополнительные расходы.

В зависимости от расположения различают швы лобовые, фланговые и косые.

Лобовой шов расположен перпендикулярно, а фланговый — параллельно линии действия нагружающей силы. Обычно применяют комбинированное соединение фланговыми и лобовыми швами. Рассмотрим вначале соединения только фланговыми и только лобовыми швами, а затем комбинированное соединение.

Фланговые швы (рис. 24.21). Основными напряжениями флангового шва являются касательные напряжения т в сечении т — т. По длине шва напряжения распределены неравномерно. На концах шва они больше, чем в середине.

Рис. 24.21. Фланговый шов

В практике длину фланговых швов ограничивают условием / < 50&. Расчет таких швов приближенно выполняют по среднему напряжению, а условия прочности записывают в виде.

Здесь 0,7& — толщина шва в сечении по биссектрисе (см. рис. 24.20), k — катет шва. В тех случаях, когда короткие фланговые швы недостаточны для выполнения условий равнопрочности, соединение усиливают прорезными швами (рис. 24.22) или лобовым швом. Условие прочности соединения с прорезным швом при k = 8.

Комбинированные соединения лобовыми и фланговыми швами рассчитывают на основе принципа распределения нагрузки пропорционально несу;

Рис. 24.22. Фланговый шов, усиленный прорезным швом

Рис. 24.23. Комбинированное соединение лобовыми и фланговыми швами

щей способности отдельных швов. При этом для соединения, изображенного на рис. 24.23, получим.

Соединения пайкой и клеевые соединения. Пайка применяется для соединения тонкостенных деталей, элементов электрических схем, в том числе и в приборах микроэлектроники. При пайке детали соединяются расплавленным припоем, представляющим собой металл или сплав. Температура плавления припоя ниже температуры плавления материалов соединяемых деталей. Соединяемые поверхности перед пайкой очищают при помощи специальных веществ. В качестве флюсов обычно используют канифоль, буру, хлористый цинк.

Припои в зависимости от их температуры плавления разделяют на легкоплавкие (мягкие), у которых температура плавления ниже 400 °C, и тугоплавкие — твердые с температурой плавления выше 400 °C. Наиболее распространены мягкие припои — оловянно-свинцовых марок ПОС-61, ПОС-90. К твердым припоям относятся припои на медной основе марки ПМЦ-Зб и на серебряной основе ПСр-72 и ПСр-10.

Достоинствами пайки являются простота и дешевизна технологического процесса, возможность соединения деталей, изготовленных из разнородных металлов и сплавов; недостатком — невысокая механическая и термическая прочность соединения.

Клеевые соединения применяют для скрепления деталей из однородных и разнородных материалов — металлов, керамики, стекла, пластмасс в различных сочетаниях. Клеевые соединения имеют следующие основные преимущества: надежно соединяют детали из очень тонких листовых материалов, а также разнородных материалов, обеспечивают герметичность и стойкость против коррозии.

При склеивании широко применяют клеи марок БФ-2, БФ-4, БФ-б, бакелитовый, карбинольный, эпоксидный и др. Прочность клеевого соединения зависит от сорта клея и материалов склеиваемых деталей. Например, прочность клея группы Б4 колеблется от 5 до 60 МПа. В оптических приборах часто применяют склеенные линзы или призмы. Для склеивания оптического стекла используют специальные клеи, отвечающие следующим требованиям: хорошая прозрачность и неокрашенность, близость коэффициента преломления клея к коэффициенту преломления стекла, стойкость к температурным колебаниям, стойкость во времени.

Для склеивания оптических деталей применяются следующие клеи: пихтовый бальзам натуральный; бальзамин — синтетический клей, акриловый клей, эпоксидный клей ОК-50, полиуретановый клей ПУ-2.

Заклепочные соединения по назначению подразделяют на прочные (соединение элементов металлоконструкций), прочноплотные (резервуары с высоким давлением), плотные (резервуары с низким давлением).

В зависимости от конструкции соединения применяют различные типы заклепок, геометрические размеры которых стандартизованы. Основные типы заклепок изображены на рис. 24.24 (а — с полукруглой головкой; 6 — полупотайная; в — потайная; г — трубчатая). Если нет доступа к замыкающей головке (например, пустотелое крыло самолета), то применяют заклепки для односторонней кленки. Например, на рис. 24.24, д замыкающая головка образуется при протягивании конической оправки через коническое отверстие заклепки и на рис. 24.24, е — взрывом заряда 1.

Рис. 24.24. Тины заклепочных соединений.

По конструктивному признаку различают заклепочные соединения внахлестку и встык, однорядные и многорядные, односрезные и многосрезные.

Условия нагружения заклепок (рис. 24.25) подобны условиям нагружения болтов, поставленных без зазора. Поэтому для заклепок остаются справедливыми расчетные формулы, которые определяют прочность по напряжениям среза т и смятия а_см. При расчетах заклепочных соединений, нагруженных силой в плоскости стыка, допускают, что нагрузка распространяется равномерно между всеми заклепками шва, силы трения в стыке не учитывают.

На основные размеры заклепочных соединений выработаны нормы, которые рекомендуют выбирать d, t, е и 5_t в зависимости от толщины листов или размеров прокатного профиля. При этом расчет приобретает проверочный характер.

Рис. 24.25. Схема нагружения заклепочных соединений.

Ниже рассмотрены некоторые особенности конструкции и расчета заклепочных соединений. В соединениях широких листов за расчетную нагрузку принимают силу F, действующую на фронте одного шага t. При этом значение F обычно определяют по напряжениям растяжения а_р в сечении листа а — а, не ослабленном отверстиями под заклепки. Напряжение а_р полагают известным из основных расчетов конструкции (расчет прочности стенок котла, резервуара и т. п.).

Прочность листа в сечении b — b

Отношение = (t — d) = ф называют коэффициентом прочности заклепочного шва. Значение ср показывает, как уменьшается прочность листов при соединении заклепками.