Неразъемные соединения материалов различного типа. Виды соединения. разъемные и неразъемные соединения. Недостатки заклепочных соединений

Неразъемные соединения получили широкое распространение в машиностроении. К ним относятся соединения сварные, заклепочные, паяные, клеевые. Сюда относятся также соединения, полученные опрессовкой, заливкой, развальцовкой (или завальцовкой), кернением, сшиванием, посадкой с натягом и др.

Сварные соединения получают с помощью сварки. Сваркой называют процесс получения неразъемного соединения твердых предметов, состоящих из металлов, пластмасс или других материалов, путем местного их нагревания до расплавленного или пластического состояния без применения или с применением механических усилий.

Сварным соединением называется совокупность изделий, соединенных с помощью сварки.

Сварным швом называется затвердевший после расплавления материал. Металлический сварной шов отличается по своей структуре от структуры металла свариваемых металлических деталей.

По способу взаимного расположения свариваемых деталей различают соединения стыковые С (рис. 279, а), угловые У (рис. 279, б), тавровые Т (рис. 279, в) и внахлестку Н (рис. 279, г). Вид соединения определяет вид сварного шва. Сварные швы подразделяются на: стыковые, угловые (для угловых, тавровых соединений и соединений внахлестку), точечные (для соединений внахлестку, сваркой точками).

По своей протяженности сварные швы могут быть: непрерывными по замкнутому контуру (рис. 280, а) и по незамкнутому контуру (рис. 280, б) и прерывистыми (рис. 280, в).

Прерывистые швы имеют равные по длине проваренные участки с равными промежутками между ними. При двусторонней сварке, если заваренные участки расположены друг против друга, такой шов называется цепным (рис. 281, а), если же участки чередуются, то шов называется шахматным (рис. 281, б).

Тонколистовые конструкции можно сваривать без предварительной подготовки свариваемых кромок. Форма подготовки кромок зависит от толщины свариваемых деталей, положения шва в пространстве и других данных.

Термины и определения, относящиеся к сварке, установлены ГОСТ 2.601-68. Самым распространенным видом сварки является электросварка, которая может быть ручной, полуавтоматической и автоматической.

Способы сварки, типы и конструктивные элементы сварных швов определяются соответствующими стандартами. Условные изображения и обозначение швов сварных соединений выполняются в соответствии с ГОСТ 2.312-72. Сварные швы изображают сплошными основными линиями, если шов видимый, и штриховыми, если шов невидимый (рис. 282).

От изображения шва проводят одностороннюю стрелку с линией-выноской. Условное обозначение сварного шва пишут над полкой линии-выноски, если шов видимый, т. е. показана лицевая сторона шва (рис. 283 а, б), и под полкой линией-выноской, если шов невидимый, т.е. показана оборотная сторона шва (рис. 283, в).

Структура условного обозначения сварного шва приведена на рис. 284, где:

1 - вспомогательные знаки, - шов по замкнутому контуру, - монтажный шов;

2 - обозначение стандарта на тип и конструктивные элементы шва;

3 - буквенно-цифровое обозначение шва по этому стандарту;

4 - условное обозначение способа сварки по стандарту на данный шов;

5 - вспомогательный знак - треугольник и размер катета шва;

6 - размеры в мм прерывистого шва со знаками: - для цепного шва и - для шахматного шва или - знак незамкнутого контура сварки;

7 - вспомогательные знаки ( или ) обработки шва;

8 - обозначение шероховатости механически обработанного шва (см. § );

9 - указание о контроле шва.

Примеры условного обозначения сварных швов: ГОСТ 14806-80 - Т5 - РиЗ - ⊿6 - 50 Z 100 - шов выполняется электродуговой сваркой алюминия, соединение тавровое Т5, сварка ручная в среде защитных газов РиЗ, катет шва 6 мм ⊿6, шов шахматный, длина провариваемого участка 50 мм, Шаг - 10О мм (50 Z 100);

¬ ГОСТ 5264-80 - С18 - шов выполняется ручной электродуговой сваркой при монтаже ¬, шов стыковой (С 18) по незамкнутому контуру.

При наличии на чертеже нескольких одинаковых швов обозначение наносят только одного шва, и поэтому шву присваивают порядковый номер с указанием количества этих швов у линии-выноски. Все остальные швы этого типа имеют на полке линии-выноски обозначение порядкового номера шва (рис. 285), если указана лицевая сторона шва, и под полкой линии-выноски, если указана оборотная сторона шва. На рис. 285 обозначение № 1 два угловых шва, выполненные ручной электродуговой сваркой, с лицевой стороны усиление шва нужно снять Q механической обработкой, после чего шероховатость шва должна соответствовать шестому классу (Ra = 2,5 мкм).

Пять швов №2 выполняются как швы односторонние тавровые Т1 с катетом 5 мм А5, ручной электродуговой сваркой.

Если все швы на чертеже выполняются по одному стандарту, то его номер не вводят в обозначение шва, а записывают в технических требованиях на поле чертежа по типу "Сварные швы по ГОСТ <...>".

Если все швы на чертеже одинаковы, то условное обозначение швов можно не наносить на изображениях, а сделать одну запись условного обозначения шва технических требований, например: "Сварные швы по ГОСТ 5264-80-У5-Д4".

Клепаные соединения применяются в конструкциях, подверженных действию высокой температуры, коррозии, вибрации, а также в соединениях из плохо сваривающихся металлов или в соединениях металлов с неметаллическими частями. Такие соединения нашли широкое применение в котлах, железно-дорожных мостах, некоторых авиационных конструкциях и в отраслях легкой промышленности.

В то же время в ряде отраслей промышленности с усовершенствованием технологии сварного производства объем применения заклепочных соединений постепенно сокращается.

Основным скрепляющим элементом заклепочных соединений является заклепка. Она представляет собой короткий цилиндрический стержень круглого сечения, на одном конце которого находится головка (рис. 286). Головки заклепок могут иметь сферическую, коническую или коническо-сферическую форму. В зависимости от этого различают головки полукруглые (см. рис. 286, о), потайные (см. рис. 286, б), полупотайные (см. рис. 286, в), плоские (см. рис. 286, г).

На сборочных чертежах головки заклепок изображают не по их действительным размерам, а по относительным размерам, в зависимости от диаметра стержня заклепки d.

Технология выполнения заклепочного соединения следующая. В соединяемых деталях выполняют отверстия сверлением или другим способом. В сквозное отверстие соединяемых деталей вставляют до упора головной стержень заклепки. Причем заклепка может быть в горячем или холодном виде. Свободный конец заклепки выходит за пределы детали примерно на 1,5d. Его заклепывают ударами или сильным давлением и создают вторую головку (рис. 287).

Диаметр стержней заклепок выбирают по специальным таблицам. Ориентировочно он принимается равным толщине соединяемых деталей. Длину стержня заклепки принимают также с учетом толщины соединяемых деталей и припуска. Ориентировочно она составляет 1,5d.

Заклепочные швы могут быть однорядными и многорядными. Заклепки обычно располагаются в ряду на одинаковом расстоянии. Расположение заклепок в шве может быть рядовым и шахматным. Соединяемые детали в заклепочных соединениях могут быть выполнены внахлестку или встык с накладками.

На чертежах указывают все конструктивные размеры швов клепаного соединения. При этом не вычерчивают все заклепки соединения. Обычно показывают одну-две из них, а место расположения остальных обозначают пересечением осей (рис. 288).

Заклепочные швы имеют свои обозначения, которые наносятся на чертежах. В обозначении указывают диаметр (d) и длину (l) стержня заклепки, группу металла и номер ГОСТ, определяющего форму головки и покрытие.

Например, заклепка, имеющая полукруглую головку, длину d = 25 мм, диаметр стержня d = 10 мм, изготовленная из металла группы 00, без покрытия имеет обозначение: Заклепка 10 х 25 ГОСТ 10299-80.

Соединения деталей пайкой находят широкое применение в приборостроении, электротехнике. При впайке соединяемые детали нагреваются до температуры, не приводящей к их расплавлению. Зазор между соединяемыми деталями заполняется расплавленным припоем. Припой имеет более низкую температуру плавления, чем соединяемые пайкой материалы. Для пайки используют мягкие припои ПОС - оловянно-свинцовые по ГОСТ 21930-76 и ГОСТ 21931-76 и твердые припои Пер - серебряные по ГОСТ 19738-74.

Припой на видах и разрезах изображают сплошной линией толщиной 2S. Для обозначения пайки используют условный знак (рис. 289, а) - дуга выпуклостью к стрелке, который чертят на линии-выноске, указывающей паяный шов. Если шов выполняется по периметру, то линию-выноску заканчивают окружностью. Номер швов указывают на линии-выноске (рис. 289, б). Марка припоя записывается или в технических требованиях, или в спецификации в разделе «Материалы» (см. § 101).

Клеевые соединения позволяют соединять разнообразные материалы. Клеевой шов, как и паяный, согласно изображается сплошной линией толщиной 2S. На линии-выноске чертят условный знак, напоминающий букву К (рис. 290, а). Если шов выполняется по периметру, то линию-выноску заканчивают окружностью (рис. 290, б). Марка клея записывается или в технических требованиях, или в спецификации в разделе "Материалы".

Опрессовка (армирование) защищает соединяемые элементы от коррозии и химического воздействия вредной среды, выполняет изолирующие функции, позволяет уменьшить массу изделия (рис. 291), экономить материалы.

Вальцовка и кернение осуществляется деформацией соединяемых деталей (рис. 292, а, б). Сшивание нитками, металлическими скобками применяется для соединения бумажных листов, картона, различных тканей.

ГОСТ 2.313-82 устанавливает условные обозначения и изображения швов неразъемных соединений, получаемых пайкой, склеиванием, сшиванием. Соединение деталей путем посадки с натягом обеспечивается системой допусков и посадок определенным температурным режимом перед сваркой деталей.

Соединения, при разборке которых нарушается целостность составных частей изделия, называют неразъемными. К таким соединениям относятся заклепочные, сварные, клееные, паяные и прессовые соединения.

Заклепочным называется соединение деталей с применением заклепок – крепежных деталей из высокопластичного материала, состоящих чаще всего из стержня 1 и закладной головки 2; конец стержня расклепывается для образования замыкающей головки 3 (рис. 48).

а	б	в
г	д

К достоинствам заклепочных соединений относятся: стабильность и контролируемость качества, а также меньшие повреждения соединяемых деталей при разъеме. К недостаткам

деталей, для скрепления деталей из разных материалов, деталей из материалов, не допускающих нагрева или несвариваемых. В наше время заклепочные соединения вытесняются более экономичными и технологичными сварными и клееными соединениями, так как отверстия под заклепки ослабляют сечения деталей на 10–20%, а трудоемкость изготовления и масса заклепочной конструкции обычно больше, чем сварной или клееной.

По функциональному назначению заклепочные соединения подразделяют на прочные и плотные , последние обеспечивают не только прочность, но и герметичность соединения.

По конструкции заклепочные соединения бывают нахлесточные и стыковые с одной или двумя накладками. Ряды поставленных заклепок образуют заклепочный шов, который может быть однорядным и многорядным, односрезным или двухсрезным. На рис. 49 показаны: двухрядный односрезный нахлесточный шов (а ), однорядный односрезный стыковой шов с одной накладкой (б ), однорядный двухсрезный стыковой шов с двумя накладками (в ).

Конструкция и размеры заклепок нормальной точности и повышенного качества стандартизованы. По форме головок заклепки бывают (рис. 50) с полукруглой (а ), потайной (б ), полупотайной (в ), плоской (г ), полукруглой низкой и другими головками. В тех случаях, когда нежелательно или недопустимо заклепочное соединение подвергать ударам, применяют полупустотелые заклепки, замыкающая головка которых образуется развальцовкой.

Для соединения тонких листов и неметаллических материалов, а также когда в конструкции нужны отверстия для электрических, крепежных или других деталей, применяют пустотелые заклепки

Обычно клепаные соединения нагружены силами, действующими параллельно плоскости контакта соединяемых деталей, поэтому разрушение соединения может произойти в результате следующих причин:

– срез заклепок по сечению 1–1 под действием касательных напряжений (рис. 51);

Кроме того, предполагается, что нагрузка F распределяется между заклепками шва равномерно, а сила трения, возникающая между склепанными деталями, в расчете на прочность не учитывается. В нахлесточном соединении (см. рис. 51) внешняя сила F образует пару сил, моментом которой ввиду малого плеча пренебрегаем.

Расчетные формулы на прочность заклепочного соединения имеют следующий вид:

1. Прочность заклепок на срез (см. рис. 51)

t cp =F /(zA cp ) ≤ ,

где А cp =i pd 0 2 /4; i – число плоскостей среза; z – число заклепок шва; А ср – площадь среза заклепки.

2. Прочность соединения на смятие

s c м =F /(zA c м ) ≤ ,

где А см =d 0 d min ; d min – меньшая из толщин соединяемых деталей (как известно из сопротивления материалов, при расчете на смятие цилиндрических поверхностей в расчет вводится не действительная, а условная площадь смятия, равная площади диаметрального сечения сминаемой части детали).

3. Прочность соединяемых деталей на растяжение (рис. 52)

s p =F /(zA p ) ≤ ,

где A p =(p –d 0)d min .

4. Прочность соединяемых деталей на срез

t" cp =F /(zA" cp ) ≤ ,

где A" cp =2(е –d 0 /2)d min (здесь длина сечения 2–2 уменьшена на d 0 /2, так как вначале материал сминается на эту величину и лишь затем происходит срез).

Значения допускаемых напряжений, входящих в приведенные выше формулы, имеются в справочниках.

Из условия равнопрочности соединений принимают шаг заклепок р =(3...6)d , расстояние между рядами заклепок берется равным (2...3)d , где d – диаметр заклепки.

Сварным называется неразъемное соединение, выполненное сваркой (рис. 53), т.е. путем установления межатомных связей между свариваемыми частями при их нагревании или пластическом деформировании.

К достоинствам сварных соединений относятся: значительно меньшая трудоемкость производства сварных конструкций в сравнении с заклепочными при значительно больших возможностях механизации и автоматизации технологического процесса; сварка позволяет соединять детали сложной формы, обеспечивает сравнительно бесшумный технологический процесс и герметичность соединений. Недостатки сварных соединений: недостаточная надежность при ударных и вибрационных нагрузках, коробление деталей в процессе сварки, концентрация напряжений и сложность проверки качества соединений.

Сварные соединения являются наиболее распространенными и совершенными из неразъемных соединений, так как лучше других обеспечивают условия равнопрочности, снижения массы и стоимости конструкции. В настоящее время сваривают детали, изготовленные из черных, многих цветных металлов, а также из пластмасс.

Существуют следующие виды сварных соединений: рис. 53: стыковое (а ), нахлесточное (б ); рис. 54: угловое (а ), тавровое (б ). Шов стыкового сварного соединения называется стыковым, а швы нахлесточного, углового и таврового соединений называют угловыми. Сварные швы могут быть непрерывными и прерывистыми; последние имеют промежутки по длине шва. Металл шва, наплавленный за один проход, называется валиком, один или несколько валиков, расположенных на одном уровне поперечного сечения шва, называется слоем .

Сварные швы по форме поперечного сечения могут быть нормальными (рис. 53, б ), выпуклыми (рис. 53, а ; 54, а ) и вогнутыми (рис. 54, б ). Выпуклость шва обозначается g , вогнутость – D; их величина не должна превышать 3 мм. Выпуклый угловой шов, кажущийся на первый взгляд более прочным, имеет значительную концентрацию напряжений по сравнению с нормальным и особенно вогнутым швами, так как выпуклый шов образует более резкое изменение сечения детали в месте соединения. Поэтому при действии на конструкцию переменных нагрузок рекомендуется применять вогнутые угловые швы, хотя их вогнутость обычно достигается механической обработкой, которая значительно увеличивает стоимость соединения. У стыковых швов со снятыми механическим способом выпуклостями концентрация напряжений практически отсутствует.

Основным критерием работоспособности сварных соединений является прочность, причем предполагается, что напряжения в опасных сечениях распределены равномерно.

Расчет стыковых соединений производится по нормальным напряжениям растяжения или сжатия по номинальному сечению соединяемых элементов без учета выпуклости шва:

s"=F/(dL) ≤ ,

где d – толщина соединяемых элементов; L – длина шва; – допускаемое напряжение металла шва для принятой технологии сварки (напряжение в металле шва обозначаем соответствующей буквой со штрихом).

Основным геометрическим и расчетным параметром угловых швов является катет K (если катеты сечения шва не равны, то шов характеризуют меньшим катетом). В большинстве случаев катет шва принимают равным толщине соединяемых деталей.

Расчет угловых швов производится по касательным напряжениям сдвига в опасном сечении 1–1 , расположенном в биссекторной плоскости прямого угла (см. рис. 54, а ), без учета выпуклости шва:

t"=F/(0,7KL) ≤ ,

где 0,7K =K sin45° – высота опасного сечения шва; L – суммарная длина швов (см. рис. 6, б ); – допускаемое напряжение металла шва для принятой технологии сварки.

В нахлесточном соединении (см. рис. 53, б ) внешние силы F образуют пару сил, моментом которой ввиду малого плеча пренебрегают. Приведенные расчетные формулы пригодны для швов сварных конструкций, нагруженных осевыми силами, но не моментами; последний случай встречается реже.

Допускаемые напряжения для сварных швов принимают в зависимости от допускаемых напряжений на растяжение для основного металла с учетом характера действующих нагрузок и принятой технологии сварки. Ориентировочно для стальных конструкций при статической нагрузке:

=(0,9…1); =; =(0,6…0,65).

Здесь = s m /[s ], где s m – предел текучести основного материала; [s ] – допускаемый коэффициент запаса прочности ([s ]=1,35...1,7, большие значения для легированных сталей).

Для переменных нагрузок допускаемые напряжения понижают с учетом характеристики цикла напряжений, эффективного коэффициента концентрации напряжений в сварных швах, числа циклов нагружения других факторов.

Максимальную длину лобового и косого швов не ограничивают; длину фланговых швов следует принимать не более 60K , где K – катет шва во избежание значительной неравномерности распределения нагрузки по длине шва. Минимальная длина швов не должна быть менее 30 мм, так как иначе неизбежные дефекты (непровар в начале шва и образование кратера в конце шва) будут значительно снижать его прочность. Учитывая дефекты, короткие швы следует увеличить по длине на 5–10 мм против расчетной величины. Величина перекрытия соединяемых элементов в нахлесточных соединениях не должна быть меньше четырехкратной толщины материала.

Швы в конструкциях следует располагать так, чтобы они были нагружены равномерно. Поэтому соединение симметричных элементов следует выполнять симметрично расположенными швами и наоборот; напряжения растяжения или сжатия должны распределяться по сечению соединяемых элементов равномерно, а продольная сила должна проходить через центр тяжести сечения.

Сказанное выше о видах сварных соединений, типах сварных швов, их параметрах и расчетных формулах относится также к сварным соединениям из алюминия, алюминиевых сплавов, винипласта, полиэтилена и других материалов.

Сварка алюминия производится в среде защитного газа неплавящимся металлическим электродом с подачей в сварочную ванну присадочной проволоки.

Сварка винипласта и полиэтилена производится горячим воздухом с присадочным прутком. Разработаны методы сварки пластмасс нагревательным элементом, токами высокой частоты, ультразвуком.

Клееным называется неразъемное соединение составных частей изделия с применением клея. Действие клеев основано на образовании межмолекулярных связей между клеевой пленкой и поверхностями склеенных материалов.

Достоинства клееных конструкций заключаются в возможности соединения практически всех конструкционных материалов в любых сочетаниях, любой толщины и конфигурации, причем обеспечивается герметичность и коррозионная стойкость соединений. В отличие от сварных, клееные соединения почти не создают концентрации напряжений, не вызывают коробления деталей и надежно работают при вибрационных нагрузках. По сравнению с другими клееные соединения дешевле, а клееные конструкции обычно легче других при прочих равных условиях.

Недостатки клееных соединений: сравнительно невысокая прочность, в особенности при неравномерном отрыве, относительно невысокая долговечность некоторых клеев («старение»), низкая теплостойкость, необходимость соблюдения специальных мер по технике безопасности (установка приточно-вытяжной вентиляции); для большинства соединений требуется нагрев, сжатие и длительная выдержка соединяемых деталей.

Клееные соединения применяют для соединения металлических, неметаллических и разнородных материалов, причем в настоящее время имеется тенденция к расширению применения этих соединений. Так, например, клееные соединения применяют в таких ответственных конструкциях, как летательные аппараты и мосты.

Клеи делят на конструкционные (для прочностных соединений) и неконструкционные (для ненагруженных соединений).

По природе основного компонента различают неорганические, органические и элементоорганические клеи. К неорганическим клеям относят жидкие стекла, применяемые для склеивания целлюлозных материалов.

Существует большое разнообразие конструкционных клеев, отличающихся физико-механическими свойствами и технологией их применения. Наибольшее применение в машиностроении и приборостроении имеют органические клеи на основе синтетических полимеров, например универсальные клеи БФ, технические условия на которые стандартизованы, и эпоксидные клеи с наполнителем и без наполнителя. При необходимости повышенной теплостойкости (до 1000°С) применяют элементоорганические клеи, обладающие сравнительно меньшей эластичностью. Клеи не являются проводниками, поэтому при необходимости обеспечить электропроводность в них добавляют порошкообразное серебро.

Для склеивания деталей требуется механическая и химическая подготовка их поверхностей. Механическую подготовку и пригонку металлических деталей производят на металлорежущих станках или вручную напильником, сложные поверхности подвергают пескоструйной обработке; пластмассовые детали обрабатывают резанием или зачищают наждачной шкуркой. Химическая подготовка заключается в очищении и обезжиривании склеиваемых поверхностей ацетоном, спиртом, бензином или бензолом.

Клей наносят на поверхность кистью или пульверизатором. Прочность клееного соединения в значительной степени зависит от толщины клеевого слоя, которая в основном определяется вязкостью клея и давлением при склеивании. Рекомендуются толщины клеевого слоя для различных клеев в пределах 0,05–0,25 мм; при толщине клеевого шва 0,5 мм и более прочность соединения значительно снижается. Наибольшее влияние на прочность клееного соединения оказывает температура эксплуатационного режима, которая для большинства конструкционных клеев рекомендуется в пределах от минус 60°С до плюс 80°С.

В прочностных клееных конструкциях наиболее распространены стыковые и нахлесточные соединения, примеры которых приведены на рис. 55: а – стыковое с накладкой; б – косостыковое; в – стыковое; г – стыковое соединение труб одинакового диаметра; д – нахлесточное; е – нахлесточное шпунтовое; ж – косостыковое соединение труб одного диаметра; з – нахлесточное (телескопическое) соединение труб разного диаметра.

Расчетные формулы на сдвиг и отрыв для клееных соединений имеют вид

t=F/A к ≤ [t], s p =F/A к ≤ [t],

где F – действующая сила; А к – площадь склеивания. Допускаемое напряжение на сдвиг [t]=t в /[s ], а на отрыв =s в /[s ], где для распространенных клеев предел прочности при сдвиге t в ≤ 60 МПа,

предел прочности при растяжении s в ≤ 50 МПа, а допускаемый коэффициент запаса прочности [s ]=1,2...1,5.

Прочность клееного соединения зависит от площади склеивания. Наиболее прочными являются соединения, работающие на сдвиг или равномерный отрыв, когда напряжения по всей площади склеивания можно полагать распределенными равномерно. При работе на отдирание (неравномерный отрыв) прочность соединения не определяется площадью склеивания, так как оно будет разрушаться последовательными участками; в таких случаях применяют комбинированные соединения – клееклепаные или клеесварные.

Паяные соединения. Пайкой называется процесс образования неразъемного соединения с межатомными связями путем нагрева соединяемых материалов ниже температуры их плавления и применения легкоплавкого присадочного материала – припоя. В температуре нагрева состоит принципиальное отличие пайки от сварки. Соединение, образованное пайкой, называется паяным.

Процессы пайки сравнительно легко поддаются механизации и автоматизации. Во многих случаях применение пайки приводит к значительному повышению производительности труда, снижению массы и стоимости конструкций. По прочности паяные соединения уступают сварным.

В отличие от сварки пайка позволяет соединять детали из разнородных материалов, например, черных и цветных металлов и сплавов, стекла, керамики, графита. Кроме того, паять можно и детали с тонкостенными элементами, где применение сварки недопустимо из-за опасности прожога тонких стенок при сварке. Применение пайки в машиностроении возрастает в связи с широким внедрением новых конструкционных материалов, в том числе высокопрочных легированных сталей, многие из которых плохо свариваются. Примерами применения пайки в машиностроении могут служить радиаторы автомобилей и тракторов, лопатки турбин, топливные и масляные трубопроводы и др. Пайка является одним из основных видов соединения в приборостроении, в том числе в радиоэлектронике.

По признаку взаимного расположения и формы паяемых элементов типы паяных соединений подобны сварным и клееным и носят те же названия, а именно: нахлесточное, стыковое, косостыковое, тавровое, телескопическое, комбинированное. Если паяемые элементы соединены по линии или в точке, то соединение называется соприкасающимся.

Многообразные способы пайки можно подразделить на два основных вида (в скобках даны термины ИСО):

– низкотемпературная пайка (мягкая пайка), происходящая при температуре, не превышающей 723 К (450°С),

– высокотемпературная пайка (твердая пайка), происходящая при температуре, превышающей 723 К.

В первом случае применяют припои ПОС (мягкие), во втором – припои ПМЦ и серебряно-медные (твердые). В качестве припоев применяют как чистые металлы, так и сплавы.

Для уменьшения вредного влияния окисления поверхностей при пайке применяют флюсы (на основе буры, хлористого цинка, канифоли); паяют в среде нейтральных газов (аргона) или в вакууме.

Нагрев припоя и деталей при пайке осуществляют паяльником, газовой горелкой, токами высокой частоты, в термических печах, погружением в ванну с расплавленным припоем и пр. При пайке токами высокой частоты или в термической печи припой укладывают в процессе сборки деталей в месте шва в виде проволочных контуров, фольговых прокладок, лент, мелкой дроби или паст в смеси с флюсом.

Перед пайкой паяемые поверхности деталей обезжиривают и очищают от окислов. После подготовки соединяемых деталей к пайке и последующей сборки их обычно подогревают до температуры плавления припоя и в зазоры между ними вводят расплавленный припой.

Паяные швы из мягких припоев малопрочны, поэтому их применяют для соединений ненагруженных, малонагруженных, не подверженных действию ударных нагрузок и вибрацией. Из-за низкой температуры плавления не рекомендуется применять их для соединений, работающих при температуре выше 100°С. Мягкие припои широко применяют в приборостроении. Твердые припои применяют для соединений, несущих нагрузки. При статических нагрузках применяют припои на медной основе, а для соединений, воспринимающих ударные и вибрационные нагрузки, – припои на серебряной основе.

Расчет на прочность паяных соединений осуществляют по формулам для однотипных сварных и клееных соединений. Допускаемое напряжение на срез можно принимать для паяных швов из оловянно-свинцовых припоев =20..30 МПа, из медно-цинковых припоев =175...230 МПа. Для паяных швов из серебряно-медных припоев предел прочности при растяжении в полтора-два раза больше, чем при срезе и равен 400...600 МПа.

Прессовым называется соединение составных частей изделий с гарантированным натягом вследствие того, что размер охватываемой детали больше соответствующего размера охватывающей детали.

Прессовые соединения передают рабочие нагрузки за счет сил трения покоя между сопряженными поверхностями. Преимущественное распространение имеют прессовые соединения по цилиндрическим поверхностям. Следует отметить, что прессовые соединения занимают промежуточное положение между неразъемными и разъемными соединениями, так как допускают нечастую разборку без нарушения целостности составных частей изделия.

Нагрузочная способность прессовых соединений определяется преимущественно натягом, который назначают в соответствии с посадками. Однако возможны случаи, когда посадка не может быть реализована в конструкции по условию прочности детали.

Достоинства прессовых соединений: простота и технологичность конструкций за счет отсутствия соединительных деталей, обеспечение хорошего центрирования соединяемых деталей, возможность применения при очень больших осевых нагрузках и крутящих моментах, высокая надежность при ударных нагрузках.

Основные недостатки прессовых соединений: сложность демонтажа и возможность ослабления натяга после разборки, ограниченность нагрузочной способности при вибрационных нагрузках за счет фреттинг-коррозии (разрушение сопряженных поверхностей при очень малых колебательных относительных перемещениях), рассеивание величины натяга и нагрузочной способности соединения за счет допусков на изготовление деталей.

Характерными примерами применения прессовых соединений являются колесные центры и бандажи железнодорожного подвижного состава, центры и венцы зубчатых и червячных колес (рис. 56, а ), крепление на валу вращающихся колец подшипников качения (рис. 56, б ).

Прессовые соединения могут быть получены тремя способами: продольной сборкой путем запрессовки осевой силой (рис. 57);

следствие, снижение нагрузочной способности соединения в 1,5–2 раза.

В результате сборки прессового соединения за счет натяга на сопрягаемых поверхностях возникают контактные давления p (рис. 57), которые полагаем равномерно распределенными по поверхности контакта. Если на конструкцию действует осевая сила F и крутящий момент Т , то на сопрягаемых поверхностях возникнут силы трения, которые должны исключить относительное смещение деталей соединения. Пользуясь принципом независимости действия сил, можно написать условия равновесия:

F≤ pdlpf, T ≤ pdlpfd/2,

где f – коэффициент сцепления; для стальных и чугунных деталей f =0,08...0,1 при запрессовке; f =0,12...0,14 при сборке с нагревом или охлаждением; при гидропрессовании f =0,12; если одна из деталей латунная или бронзовая, то f =0,05.

Из вышеуказанных условий равновесия определим минимально необходимые значения контактного давления

p min =F/(pdlf), р min =2T/(pd 2 lf).

Если осевая сила F и крутящий момент Т действуют одновременно, то расчет ведут по равнодействующей R осевой и окружной силы

F t =2T/d, т.е. ,

p min =R /(pdlf ).

Для технической практики особо важна прессовая посадка толстостенной втулки (ступицы) на сплошной вал. В этом случае предельный наибольший натяг N пред можно определить из условия прочности втулки по выводимой в сопротивлении материалов формуле

N пред =d/E,

где – допускаемое напряжение для втулки; Е – модуль упругости первого рода; d – диаметр контактной поверхности.

Все виды соединений объединены в 2 основных группы: разъёмные и неразъёмные .
Разъёмные – это соединения, которые можно разобрать, не разрушая деталей или скрепляющих их элементов. Это болтовые, шпилечные, трубные, винтовые (резьбовые), шпоночные, штифтовые(нерезьбовые).
Неразъёмные – это соединения, которые нельзя разобрать, не разрушив деталей или скрепляющих их элементов. Это клёпанные, сварные, паяные, клееные, сшивные

По материалам сайта: http://www.electrostal.com.ua/

Машины, как нам известно, состоят из деталей. Детали бывают по конструкции сложные и простые. Простые детали обычно имеют единую цельную конструкцию, а сложные состоят из разных составных частей, скрепленных между собой. Соединения деталей машин встречаютя: неразъемные и разборные (разъемные). Неразъемными называются соединения, при разборке которых нарушается целостность составных частей изделия. Одним из разновидностей неразъемных соединений – это заклепочные соединения.

Заклепочные соединения. Заклепочным называется соединение деталей с применением заклепок. Заклепка - это крепежная деталь из высокопластичного материала. Она состоит из стержня и закладной головки. Конец стержня расклепывает для образования замыкающей головки. Заклепочные соединения применяются для изделий из листового, полосового или профильного проката при небольших толщинах соединя­емых деталей, для скрепления деталей из разных материалов, несвариваемых или не допускающих нагрева материалов.

По конструкции заклепочные соединения бывают нахлесточные и стыковые с одной или двумя накладками. Ряды поставленных заклепок образуют заклепочный шов, который может быть однорядным и многорядным; односрезным и двухсрезным.

Заклепки могут быть: с полукруглой, потайной, полупотайной, плоской головкой. Заклепки изготавливают из низкоуглеродистых сталей, цветных пластичных металлов или их сплавов (латунь, алюминиевые сплавы). Диаметр заклепок d зависит от толщины соединяемых деталей δ и равен: d= (1,5... 2,0) δ, а толщина накладок: при одной накладке δ = 1,256, при двух накладках δ= 0,85. В зависимости от диаметра d заклепки и точности сборки диаметр d o отверстия под заклепку принимают d o =d + (0,2..,2,0) мм, а длину L ориентировочно принимают L = l Sd

Расчет заклепочных соединений заключается в расчетах на прочность как основного критерия работоспособности таких конструкций.

Разрушение заклепочного соединения, нагруженного силами, действующими параллельными плоскости контакта, происходит вследствие:

Среза заклепок по сечению за счет касательных напряжений;

Смятия отверстий, соединяемых деталей и заклепок под действие напряжений смятия;

Сварные соединения. Сварным называется неразъемное соединение, выполненное путем установления межатомных связей между соединяемыми частями при их нагревании или пластическом деформировании, т.е. сваркой.

Существуют две группы видов сварки: плавлением и давлением. Металл соединяемых сваркой деталей называется основным, а металл, предназначенный в дополнение к расплавленному основному, называется присадочным. Сварные соединения бывают следующих основных видов: стыковое , нахлесточное , угловое , тавровое .

Шов стыкового сварного соединения называется стыковым.

Швы нахлесточного и таврового соединений - угловыми.

Сварные швы могут быть непрерывными и прерывистыми, имеющие промежутки между швами. По форме поперечного сечения сварные швы могут быть нормальными , выпуклыми и вогнутыми . Металл шва, наплавленный за один проход, называется валиком. Различают лобовые швы, расположенные перпендикулярно линии действия нагрузки и фланговые швы, расположенные параллельно линии действия нагрузки, комбинированные швы, расположенные перпендикулярно и параллельно линии действия нагрузки и косые швы, расположенные под углом к линии действия нагрузки.

Разъемные соединения . Разъемными называются соединения, разборка которых происходит без нарушения целостности составных частей изделия. Они могут быть подвижными и неподвижными.

Резьбовые соединения . Резьбовым называют соединение составных частей с применением деталей, имеющих резьбу. Резьба представляет собой чередующиеся выступы и впадины на поверхности тела вращения, расположенные по винтовой линии.

Основные понятия, относящиеся к резьбе общего назначения, стандартизированы.

Основные геометрические параметры резьбы .

Диаметры резьбы (винта и гайки) - наружный d, D; средний d2, D2; внутренний d 1 , D 1 . Диаметры винта, как охватываемой детали, обозначаются малыми буквами, а диаметры гайки, как охватывающей детали - большими. Номинальные значения одноименных диаметров равны. На поверхности воображаемого цилиндра диаметром di ширины выступов и впадин резьбы одинаковы.

Профиль резьбы - это профиль выступа и канавки резьбы в плоскости ее осевого сечения. Профиль резьбы характеризуется следующими размерами: - высотой исходного треугольника Н, т.е. треугольника, вершины которого образуются точками пересечения продолженных боковых сторон профиля резьбы;

Рабочая высота профиля резьбы равна длине проекции участка перекрытия профилей сопрягаемых наружной и внутренней резьбой на перпендикуляр оси резьбы.

Угол профиля а - угол между смежными боковыми сторонами резьбы осевого сечения.

Шаг резьбы (р) – это расстояние между соседними одноименными боковыми сторонами профиля в направлении, параллельном оси резьбы;

число заходов (п) - число сбегающих витков на торце винта (болта);

ход резьбы (p h = р-п) - величина относительно осевого перемещения гайки или винта (болта) за один оборот.

Для однозаходных резьб понятия шаг и ход совпадают.

Классификация резьб. Резьбы классифицируются по следующим признакам:

по форме профиля - треугольная, трапецеидальная, упорная, круглая;

по форме поверхности - цилиндрическая, коническая;

по расположению - наружная, внутренняя;

по числу заходов - однозаходная, многозаходная;

по направлению заходов - правая, левая;

по величине шага - с крупным, с мелким;

по назначению - крепежная, крепежно-уплотнительная, ходовая, специальная.

По форме профиля резьбы подразделяются на следующие типы: - метрическая резьба является основной треугольной резьбой. Она характеризуется углом профиля а = 60°, срезом по прямой вершин профиля резьбы гайки и винта (болта).

Метрические резьбы бывают крупным (основная резьба) и мелким шагом;

- трапецеидальная резьба является основной резьбой для передач винт-гайка. Она имеет угол профиля 30°. Трапецеидальная резьба имеет меньшие потери на трение, чем треугольная, удобна в изготовлении;

- упорная резьба используется для винтов с большой односторонней осевой нагрузкой в прессах, нажимных устройствах, грузовых крюках и т.д.

Профиль витков - несимметричный трапецеидальный. Угол наклона рабочей стороны равен 3°, нерабочей - 30°;

- трубная резьба применяется для соединения труб и арматуры трубопроводов и представляет собой мелкую дюймовую резьбу. Она выполнена с закруглениями профиля и без зазоров по выступам и впадинам для лучшего уплотнения.

Кроме рассмотренных резьб также применяются:

- дюймовая резьба, в которой вместо шага задается число ниток на дюйм, а угол профиля резьбы равен 55°;

- коническая резьба обеспечивает герметичность без специальных уплотнений; она применяется для соединения труб, установки пробок, масленок и т.п. Применяются три резьбы с конусностью 1:16 - метрическая с углом профиля 60°; трубная с углом профиля 55° и дюймовая с углом профиля 60°;

- круглая резьба применяется, главным образом, для винтов, подверженных большим динамическим нагрузкам, а также для работы в загрязненной среде. Профиль круглой силовой резьбы состоит из дуг, связанных короткими участками прямой; угол профиля равен 30°.

Крепежные резьбовые соединения и их детали. К крепежным соединениям относятся болты, винты, шпильки, гайки, детали трубопроводов .

Болт - это цилиндрический стержень с резьбой, имеющий головку. Нарезной частью стержня болт ввинчивается в гайку. Стандартное болтовое соединение двух деталей состоит из болта, гайки и шайбы. При монтаже соединения болт от вращения удерживается за головку гаечным ключом, а при вращении гайки другим ключом соединяемые детали сжимаются между гайкой и головкой болта. Для предотвращения повреждения детали вращающейся гайкой устанавливается шайба. Болтовое соеди­нение применяется для соединения деталей небольшой толщины и при наличии места для размещения головки болта, гайки и гаечного ключа.

Винт - это болт, ввинчивающийся в одну из соединяемых деталей, в которой имеется резьбовое отверстие.

В зависимости от размеров и назначения болты и винты имеют головки: шестигранные, цилиндрические с внутренним шестигранником, цилиндрические с прорезью под отвертку, потайные и др.

Шпилька - цилиндрический стержень, имеющий резьбу с обеих сторон. При соединении шпильку. ввертывают в деталь с резьбовым. а на другой ее конец навинчивают гайку.

Шпоночные соединения . Шпоночным называется разъемное соединение составных деталей изделия с применением шпонок. Шпоночное соединение включает в себя шпонку,

Закладываемую в пазы вала и ступицы, которая надевается на вал детали (шкива). Шпоночные соединения могут быть подвижными и неподвижными и служат для предотвращения относительного поворота ступицы и вала при передаче вращательного момента.

Форма и размеры шпонок, как правило, стандартизированы, а их изменение зависит от условий работы соединяемых деталей и диаметров посадочных поверхностей.

Шпоночные соединения подразделяются на напряженные и ненапряженные. Под напряженным шпоночным соединением понимается такое соединение, в котором действуют внутренние силы упругости, вызванные предварительной затяжкой (до приложения внешней нагрузки). Такое соединение обеспечивается стандартными клиновыми и тангенциальными шпонками с уклоном 1:100, обеспечивающими самоторможение. Ненапряженное шпоночноe соединение осуществляется стандартными призматическими и сегментными шпонками. Наибольшее применение нашли неподвижные ненапряженные шпоночные соединения.

Такие шпонки обеспечивают передачу крутящего момента, но не могут воспринимать осевые нагрузки. Сегментные шпоночные соединения более технологичны, удобны при сборочных работах, однако глубокий шпоночный паз значительно ослабляет вал, поэтому такие соединения применяются при передаче небольших вращающих моментов или для фиксации деталей на осях.

Шлицевые соединения . Шлицевым называется разъемное соединение составных частей изделия с применением пазов и выступов. Шлицевое соединение представляет собой многошпоночное соединение, у которого шпонки выполнены заодно с валом. Основными типами шпонок являются: прямобочные (рис. 2, а), эвольвентные (рис. 2, б), треугольные (рис. 2, в), прямозубые и эвольвентные соединения стандартизированы. Наибольшее распространение нашли прямобочные шлицевые соединения.

Рис. 1 Ри c . 2

Их применяют для посадки подвижных и неподвижных зубчатых колес на пилы коробок передач тракторов и автомобилей. Эвольвентные шлецевые соединения более совершенны, но менее распространены из-за их дороговизны и трудоемкости их изготовления. Треугольные шлицевые соединения применяются при тонкостенных ступицах, пустотелых валах, стесненных габаритах деталей и небольших вращающих моментах.