группа 203

Предмет: Технология производства сварных конструкций.

Тема урока: Неразъемные соединения.

Неразъёмные соединения – такие соединения, которые после изготовления невозможно разобрать без разрушения деталей, участвующих в соединении.

Из всех известных видов неразъёмных соединений наиболее широко распространены заклёпочные, сварные, паяные и клеевые соединения.

Заклёпочным (клёпаным) называют неразъёмное неподвижное соединение, образованное с применением специальных закладных деталей заклёпок, выполненных из высокопластичного материала. Таким образом, заклёпочное соединение (Рис. 1) включает, по меньшей мере, 3 элемента (рис. 1, а): две соединяемых детали 1 и 2 и заклёпку 3, которая помещена в соосные отверстия, выполненные в соединяемых деталях. После сформирования соединения заклёпка, удерживающая во взаимном контакте соединяемые детали, имеет следующие 3 части (рис. 1, б): тело заклёпки или стержень 4 и две головки – закладную 5, изготавливаемую до формирования соединения, и замыкающую 6, создаваемую в момент образования заклёпочного соединения. Ряд заклёпок, соединяющих кромки двух или нескольких деталей, принято называть заклёпочным швом.

Рис.1. Заклёпочное соединение: а – в процессе сборки; б – в собранном виде

до появления современных видов сварки заклёпочные соединения были распространены особенно широко, однако и в настоящее время этот вид соединения достаточно активно используется в некоторых областях техники, например, в авиации, водном транспорте, приборостроении. Они применяются для соединения листовых, профильных (уголок, швеллер, двутавр и т.п.) и штампованных деталей, работающих в условиях переменных, вибра­ционных и ударных нагрузок. Особенно широко употребляются заклёпки для соединения разнородных или нагортованных (подвергнутых холодной деформации) материалов (сталь – алюминиевые сплавы; холоднокатаный лист; соединение металла с неметаллом).

Достоинства заклёпочных соединений:

1.       простота конструкции и технологического исполнения;

2.       возможность соединения разнородных и нагортованных материалов;

3.       пригодность для неразрушающего контроля;

4.       высокая стабильность;

5.       высокая стойкость при действии ударных и вибрационных нагрузок.

Недостатки заклёпочных соединений:

1.       высокий расход металла на образование соединения;

2.       высокая трудоёмкость, а значит, и стоимость соединения;

3.       ослабление прочности соединяемых деталей отверстиями под заклёпки;

4.       нарушение плотности швов в процессе эксплуатациии.

Большое разнообразие областей применения заклёпочных соединений порождает и большое число их разновидностей.

 

Сварные соединения – неразъёмные соединения, образованные посредством установления между деталями межатомных связей, при помощи расплавления соединяемых кромок, их пластического деформирования или совместным действием того и другого.

Сварные соединения нашли самое широкое применение в промышленности и, в частности, при производстве транспортной и военной техники. Без применения сварки в настоящее время не выпускается практически ни одна машина. Многие автомобили имеют сварные рамы, корпус заднего моста, диски колёс, кузова. В военной технике сварными изготавливаются бронекорпуса боевых машин (танки, БМП, БТР), башни, опорные плиты миномётов, орудийные лафеты и многое другое.

Широкому распространению сварных соединений способствовало наличие у них большого числа преимуществ перед клёпаными соединениями.

Достоинства сварных соединений:

1.        высокая технологичность сварки, обусловливающая низкую стоимость сварного соединения;

2.        снижение массы сварных деталей по сравнению с литыми и клёпаными на 25…30%;

3.        возможность получения сварного шва, равнопрочного основному металлу (при правильном конструировании и изготовлении);

4.        возможность получения деталей сложной формы из простых заготовок;

5.        возможность получения герметичных соединений;

6.        высокая ремонтопригодность сварных изделий.

Недостатки сварных соединений:

1.        коробление (самопроизвольная деформация) изделий в процессе сварки и при старении;

2.        возможность создания в процессе сварки сильных концентраторов напряжений;

3.        сложность контроля качества сварных соединений без их разрушения;

4.        сложность обеспечения высокой надежности при действии ударных и циклических, в том числе и вибрационных, нагрузок.

По способу образования сварного шва сварные соединения можно разделить на образованные с расплавлением соединяемых кромок (сварка плавлением) и без расплавления кромок соединяемых деталей. Из наиболее распространённых способов к сварке плавлением относятся соединения, выполненные электродуговой сваркой с различными её модификациями (ручная дуговая плавящимся и неплавящимся электродом, сварка под слоем флюса, сварка в среде защитных газов и пр.), газовой сваркой (при нагреве свариваемых кромок теплом газового пламени), электрошлаковой сваркой, сваркой лазерным лучом, электронным пучком и некоторые другие виды сварных соединений.

В группу соединений без расплавления кромок входят соединения, выполненные кузнечной сваркой, всеми видами контактной сварки (стыковой, точечной, шовной), сваркой посредством пластического холодного деформирования, сваркой взрывом, диффузионной сваркой в вакууме, сваркой трением и другие виды соединений.

Но, пожалуй, самое широкое применение в промышленности, строительстве и других областях производства нашла электродуговая сварка плавлением с применением неплавящихся (уголь, вольфрам) и плавящихся электродов. Электродуговая сварка неплавящимся электродом изобретена в конце XIX века (сварка угольным электродом предложена в 1882 г., патент в 1885 г.) Николаем Николаевичем Бенардосом (1842-1905), а в 1888 Николай Гаврилович Славянов (1854-1897) усовершенствовал этот метод, применив металлический плавящийся электрод.

Рис. 2. Типы сварных соединений: а) стыковое; б) угловое; в) тавровое; г) нахлёсточное;  д) торцовое

В настоящее время основная масса сварных соединений, выполненных электродуговой сваркой стандартизованы. По взаимному расположению частей сварного соединения последние можно разделить на 5 основных типов: стыковое (рис.2,а),  угловое (рис.2, б), тавровое (рис. 2, в), нахлёсточное (рис. 2, г) и торцовое (рис. 2, д).

Металл, затвердевший после расплавления и соединяющий сваренные детали соединения, называют сварочным швом. Формирование сварочного шва сопровождается частичным оплавлением поверхностей деталей, участвующих в образовании сварного соединения. Поверхности свариваемых деталей, подвергающиеся частичному оплавлению при формировании свар­чного шва и участвующие в образовании соединения, называются свариваемыми кромками.

По аналогии с заклёпочными швами сварные швы по функциональному назначению делят на прочные, от которых не требуется обеспечение герметичности, плотные, главное требование к которым герметичность, и прочноплотные, у которых требование прочности сочетается с требованием герметичности разделяемых пространств.

По форме поперечного сечения сварные швы делятся на стыковые (рис. 3, I) и угловые (рис. 3, II). Кроме того, поперечное сечение шва зависит от формы подготовки кромок под сварку. Так, например, в стыковых соединениях применяются швы с отбортовкой кромок, без скоса кромок (рис. 3, Iа), с V-образной разделкой кромок (рис. 3, Iб) с K-образной разделкой кромок (рис. 3, Iв) X-образной разделкой кромок (рис. 3, Iг). Швы с разделкой кромок применяются и в других видах соединений. Форма разделки кромок зависит от толщины свариваемого металла, от вида сварки (ручная или автоматическая), от способа защиты расплавленного металла от окисления (сварка под слоем флюса, сварка в среде защитных газов и т.п.) и некоторых других факторов. Для наиболее распространённых видов сварки (ручная плавящимся электродом, полуавтоматическая и автоматическая под слоем флюса и др.) разделка кромок стандартизована.

Рис. 3. Швы сварочные: I - стыковые II - угловые

По форме наружной поверхности швы могут быть плоские (рис. 3, IIа), вогнутые (рис. 3, IIб), выпуклые (рис. 3, IIв). Иногда выпуклые швы необоснованно называют усиленными, а вогнутые – ослабленными. Однако усиление сварочного шва способствует концентрации напряжений в околошовной зоне металла, что отрицательно сказывается на работоспособности соединения при переменных нагрузках, а вогнутость уменьшает рабочее сечение шва, увеличивая тем самым напряжения в нём.

По расположению швов относительно действующей нагрузки сварные швы разделяют на: лобовые (рис. 4, а), продольная ось которых перпендикулярна действующим усилиям, фланговые (рис. 4, б) или боковые, продольная ось которых по направлению совпадает с направлением действующих усилий, и косые (рис. 4, в), продольная ось которых направлена под некоторым углом к направлению действующей нагрузки. Швы, участки которых имеют различное направление по отношению к действующим усилиям, называют комбинированными (рис. 4, г).

Рис. 4. Расположение сварочных швов по отношению к действующей нагрузке.

Для сварных конструкций наиболее существенным является различие швов по условиям работы. По этому признаку все швы можно разделить на рабочие, предназначенные для восприятия основных нагрузок, и соединительные или связующие, назначением которых является только скрепление отдельных элементов конструкции в единое целое.

Известны и некоторые другие признаки деления сварочных швов, не представленные в данной лекции.

Критерием работоспособности большинства сварных соединений можно считать прочность шва и околошовной зоны при действующих в соединении нагрузках, которые могут иметь самый различный характер.

Паяные соединения - это соединения, образованные за счет химического или физического (адгезия, растворение, образование эвтектик) взаимодействия расплавляемого материала - припоя с соединяемыми кромками деталей. Применение расплавляемого припоя обусловливает нагревание соединяемых деталей. Тем не менее, существенным отличием пайки является отсутствие оплавления соединяемых поверхностей.

Рис. 5. Некоторые типы паяных соединений: а) - встык; б) - встык с накладкой; в) - в косой стык; г) - внахлёстку; д) - втавр; е) - телескопическое; ж) - сотовая конструкция.

Паяные соединения широко применяются в транспортном машиностроении (паяные радиаторы охлаждающих систем), в приборостроении и электронике (монтаж печатных плат и навесных элементов), а также в некоторых других отраслях производства. Некоторые типы паяных соединений представлены на рис. 5.

Достоинства паяных соединений:

1.     возможность соединения разнородных материалов;

2.     возможность соединения тонкостенных деталей;

3.     возможность получения соединения в труднодоступных местах;

4.     коррозионная стойкость;

5.     малая концентрация напряжений вследствие пластичности припоя;

6.     герметичность паяного шва.

Недостатки паяных соединений:

1.     пониженная прочность шва в сравнении с основным металлом;

2.     требования высокой точности обработки поверхностей, сборки и фиксации деталей под пайку.

В качестве припоев для пайки соединений чаще всего применяются различные металлы и некоторые сплавы, температура плавления которых существенно ниже, температуры плавления материала соединяемых деталей.

Клеевые соединения образуются посредством адгезионных сил, возникающих при затвердевании или полимеризации клеевого слоя, наносимого на соединяемые поверхности. Отличие клеевого соединения от паяного заключается в том, что клеи не являются металлами, в то время как припои – это либо металлы, либо их сплавы. В зависимости от состава и свойств клеев их полемирезация может происходить как при комнатной температуре, так и при нагревании.

Все клеи можно разделить на конструкционные - такие которые способны выдерживать после затвердевания нагрузку на отрыв и сдвиг, и неконструкционные - соединения с применением которых не способны длительное время выдерживать нагрузки.

К конструкционным можно отнести клеи БФ, эпоксидные, циакрин и др. К неконструкционным - клей 88Н, иногда резиновый и др.

Большинство клеев требует выдержки клеевого соединения под нагрузкой до образования схватывания и последующей досушки в свободном состоянии. Некоторые клеи требуют нагрева для выпаривания растворителя и последующей полимеризации. Клеевые соединения часто применяют в качестве контровочных для резьбовых соединений. Как правило, клеевые соединения лучше работают на сдвиг, чем на отрыв.

Изучить: 1. Заклепочные (клепаные) соединения. 

                  2. Сварные соединения.

                  3. Паяные соединения.

                  4. Клеевые соединения.

                                                          группа 203

Предмет: Технология производства сварных конструкций.

Тема урока: Разъемные соединения.

В каждой машине существуют звенья, образованные путём соединения деталей.
Разъёмными соединениями называют соединения, разборка которых происходит без нарушения целостности составных частей изделия. Разъёмные соединения могут быть как подвижными, так и неподвижными. Наиболее распространенными в машиностроении видами разъёмных соединений являются: резьбовые, шпоночные, шлицевые, клиновые, штифтовые и профильные.
Более 60% разъёмных соединений в машиностроении приходится на резьбовые соединения.

Резьбовые соединения

 

Резьбовым называют разъёмное соединение составных частей изделия с применением детали, имеющей резьбу.
Резьба представляет собой чередующиеся выступы и впадины на поверхности тела вращения, расположенные по винтовой линии. Телом вращения может быть цилиндр или круглое отверстие - цилиндрические резьбы. Иногда используется коническая резьба. Профиль резьбы соответствует определённому стандарту.

Основные конструктивные формы головок болтов и винтов

а) Шестигранная головка для затяжки гаечным ключом;                                                       б) Круглая головка со шлицом для затяжки отвёрткой;                                                                     в) Потайная головка со шлицом для затяжки отвёрткой.

Крепежно-уплотняющие резьбы. Их используют в резьбовых изделиях, предназначенных как для скрепления деталей, так и для создания герметичности. К ним относятся резьбы: трубная цилиндрическая, трубная коническая, коническая дюймовая, круглая дюймовая.
Обычно, такие резьбовые соединения используются для герметичного соединения металлических труб.
Две трубы соединяются при помощи цилиндрической муфты (фитинга). Муфта, в отверстии, имеет сквозную резьбу соответствующую резьбе на трубах. На одну трубу накручивается контргайка, а затем муфта. Затем в муфту вкручивается вторая труба, и наконец, муфта поджимается контргайкой. Для надёжного герметичного соединения труб, перед сборкой, следует витки резьбы обмотать паклей или специальной синтетической нитью. Можно для герметизации воспользоваться жидким герметиком, который застывает в резьбе, но такое соединение, в случае ремонта, разобрать будет очень сложно.
Трубы большого диаметра соединяются при помощи фланцев.
Фланцы труб стягиваются между собой с помощью болтовых соединений.

Установочные винты и соединения.
Установочные винты применяют для фиксации положения деталей и предотвращения их сдвига.

а) С плоским торцом, используется для фиксации при малой толщине детали.     б) Конический хвостовик.                                                                                                в) Ступенчатый хвостовик.

Ступенчатый и конический хвостовики используются для крепления деталей имеющих предварительное засверливание.


Гайки

В разъёмных резьбовых соединениях болты и шпильки снабжены гайками. Гайки, в отверстиях имеют ту же резьбу, что и болты (тип, диаметр, шаг). Резьбовое отверстие в гайках определяется из таблиц. Для метрических резьб диаметр отверстия вычисляется по формуле D = d - p, где d - диаметр наружной резьбы (болта); p - шаг резьбы. Например, для гайки М14 с шагом 2 диаметр отверстия будет D = 14 - 2 = 12 мм. Наиболее распространены шестигранные гайки, которые затягиваются гаечными ключами.

а) Гайка с фаской;
б) Проточная гайка;
в) Гайки для нагруженных соединений;
г) Прорезные гайки;
д) Гайки для закручивания с небольшой силой затяжки без ключа.

Шайбы

Шайбы предназначены для увеличения опорной поверхности и предохранение деталей от задиров. Шайбы обычно имеют форму диска с отверстием в середине. Диаметр отверстия должен соответствовать диаметру болта.

Шайба подкладывается под головку болта, в случае затяжки болтом или под гайку, в случае затяжки гайкой. В вибронагруженных механизмах, для предотвращения самоотворачивания резьбовых соединений используются пружинистые разрезные шайбы (граверные шайбы).
Шпоночные соединения

Шпоночные соединения служат для закрепления на валу (или оси) вращающихся деталей (зубчатых колес, шкивов, муфт и т. п.), а также для передачи вращающего момента от вала к ступице детали или, наоборот, от ступицы к валу.
Конструктивно, на валу делается паз, в который закладывается шпонка и затем на эту конструкцию надевается колесо, которое так же имеет шпоночный паз.

В зависимости от назначения шпоночного соединения существуют шпонки разной формы:

а) Призматическая шпонка с плоским торцом;
б) Призматическая шпонка с плоским торцом и отверстиями для крепежных винтов;
в) Шпонка со скруглённым торцом;
г) Шпонка со скруглённым торцом и отверстиями для крепежных винтов;
д) Сегментная шпонка;
е) Клиновая шпонка;
ж) Клиновая шпонка с упором.

Пример установки сегментной шпонки

Сегментные шпонки, так же как и призматические работают боковыми гранями, то есть предотвращают проворачивание колеса на валу, но из за конструктивных особенностей их используют при небольших вращающих моментах и часто применяют для конических концов валов.

Пример использования клиновой шпонки с головкой

Клиновые шпонки имеют форму односкосных самотормозящих клиньев с уклоном 1:100. Такой же уклон имеют и пазы в ступицах. Головка служит для выбивания шпонки из паза.

Шлицевые соединения

Шлицевые соединения используют для соединения валов и колёс за счёт выступов на валу и в падинах в отверстии колеса.

По принципу действия шлицевые соединения напоминают шпоночные соединения, но имеют ряд преимуществ:

• лучшее центрирование деталей на валу;
• передают больший вращающий момент;
• высокая надёжность и износостойкость.

В зависимости от профиля зубьев различают три основных типа соединений:

а) Прямобочные зубья (число зубьев Z = 6, 8, 10, 12), ГОСТ 1139-80;
б) Эвольвентные зубья (число зубьев Z = 12, 16 и более), ГОСТ 6033-80;
в) Треугольные зубья (число зубьев Z = 24, 36 и более).
Широкое распространение шлицевые соединения получили в механизмах, где нужно перемещать колесо вдоль оси вала, например в переключателях скоростей автомобилей.

Шлицевые соединения надежны, но не технологичны, поэтому их применение ограничено из за высокой стоимости изготовления.

Клиновые соединения

Клиновые соединения деталей осуществляется клиньями - деталями с двумя рабочими гранями в виде наклонных плоскостей. Клинья вводятся в паз, который разжимаясь, удерживает деталь на основании.
Пример крепления клином при сборке молотка:

Грани клиньев имеют уклон от 1/20 до 1/100, что обеспечивает самоторможение клина. При больших уклонах требуются устройства (винты и шплинты), предохраняющие клин от самопроизвольного выдвижения.
Так же, клиновые соединения могут осуществляться не за счёт разжимания паза, а за счёт удержания клина в пазу, например соединения стержень - втулка:

При соединениях стержень - втулка толщина клина, как правило, составляет от 0,25 до 0,5 диаметра стержня, а высота от 1,1 до 1,2 диаметра втулки.

Штифтовые соединения

Штифтовые соединения служат для соединения осей и валов с установленными на них деталями при передаче небольших вращающихся моментов. Штифты представляют собой цилиндрические или конические валики.

Для штифтов и отверстий в деталях выбираются посадки с натягом.

Наиболее распространены штифты:
А) Цилиндрический - незакаленные диаметром от 0,6 до 50 мм по ГОСТ 3128-70 или закалённые диаметром от 0,6 до 20 мм по ГОСТ 24269-80;
Б) Конический (Конические штифты изготовляют с конусностью 1 : 50, обеспечивающей самоторможение) ГОСТ 3129-70;
В) С насечками. Штифты с насечками устанавливаются в отверстия изготовленные грубой обработкой - сверлением.

Профильные соединения

Профильные соединения, в отличие от шпоночных, клиновых и штифтовых, такие соединения, в которых детали скрепляются между собой посредством взаимного контакта по некруглой поверхности.
Часто такие соединения используются для крепления рычагов на валах.

Профильные соединения могут иметь самую разную форму - скоса, прямоугольника, эллипса и тому подобные.
По сравнению со шпоночными и шлицевыми соединениями профильные обеспечивают лучшее центрирование и более высокую прочность. Недостаток профильных соединений, это сложность в изготовлении профильного отверстия.

 Изучить: 1. Резьбовые соединения.

                  2. Шпоночные соединения.

                  3. Шлицевые соединения.

                  4. Профильные соединения.