З`єднання деталей і вузлів машин

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.


Нажми чтобы узнать.
скачати

РЕФЕРАТ
На тему: «З'єднання деталей і вузлів машин»
Перевірив:
_________________ Іванов Л. П.
<<_____>>________________ 2008
Виконав: Кузнєцов Н.П.
<<_____>>________________ 2008
Оренбург 2008

Зміст
1 Загальні відомості про з'єднання ............................................. ........... 3
2 Клеммовие з'єднання ............................................... ...................... 3
3 Клейові з'єднання ............................................... ........................... 4
4 Заклепувальні з'єднання ............................................... .................... 5
5 Конічні з'єднання ............................................... ...................... 10
6 Клинові з'єднання ............................................... ........................ 12
7 Профільні з'єднання ............................................... .................... 14
8 Зварні з'єднання ............................................... .......................... 15
9 паяні з'єднання ............................................... ............................ 19
10 Шліцьові з'єднання ............................................... ...................... 21
11 штифтові з'єднання ............................................... .................... 25
12 Шпонкові з'єднання ............................................... ................... 27
13 Різьба ................................................ ............................................... 29
14 З'єднання з натягом .............................................. ....................... 34
Список використаної літератури ............................................... ... 43

1. Загальні відомості про з'єднання
Загальною тенденцією розвитку сполук є наближення їх до цілих деталей і задоволення умові рівноміцності з з'єднаними елементами. Інакше матеріал з'єднувальних елементів не буде повністю використаний.
З'єднання за ознакою можливості розбирання ділять на нероз'ємні, які не можна розібрати без руйнування чи пошкодження (заклепувальні, зварні), і роз'ємні, що дозволяють повторні складання та розбирання (різьбові, клинові, шліцьові та ін.)
Нероз'ємні з'єднання здійснюються силами молекулярно-механічного зчеплення (зварні, паяні, клейові) або механічними засобами (клепані, з'єднання з натягом, вальцьованих).
З'єднання елементів судин і трубопроводів, що містять рідини або гази, повинні відповідати умовам щільності (герметичності). Для цього контактуючі поверхні механічних з'єднань повинні бути стислі тиском, суттєво перевищує тиск середовища.

2. Клеммовие з'єднання
Клеммовимі називають фрикційні з'єднання деталей з співвісними циліндричними посадочними поверхнями, в яких необхідний радіальне тиск (натяг) і фіксація за рахунок сил тертя створюються шляхом деформації вигину охоплює деталі затягнутими болтами (в соответстівіі з малюнком 1).
9,17
Малюнок 1 - Клеммовие з'єднання
Ці з'єднання застосовують для передачі обертаючого моменту й осьової сили між валами, осями і призматичними деталями (важелями, щоками збірних колінчастих валів, частинами настановних кілець і т. п.).
При проектуванні з'єднання зазвичай потрібно визначити силу затяжки, що забезпечує взаємну фіксацію деталей і передачу необхідного обертаючого моменту, а також оцінити міцність болта (Болтів) і охоплює деталі (клеми).
У наближеному розрахунку можна прийняти, що контактні напруги від затягування рівномірно розподілені по поверхні контакту (як у з'єднанні з натягом). Тоді середні контактні напруги q в пов'язані зі зсувним навантаженням Q співвідношенням

Якщо з'єднання має п болтів (в одному або двох рядах, див. рис. 5, б), затягнутих силою F о, то умова рівноваги клеми (рис. 5, в) має вигляд пF о = qld.
Враховуючи рівність і останнє співвідношення, отримаємо

Діаметр різьби болта для забезпечення такої сили затяжки

де [σ P] - допустима напруга для матеріалів болта.
Оцінку міцності клеми можна виконати шляхом розрахунку методом кінцевих елементів або з теорії кілець.

3. Клейові сполуки
Клейові сполуки - це сполуки неметалічних речовиною за допомогою поверхневого схоплювання (адгезії) і внутрішньої міжмолекулярної зв'язку (когезії) в клеїть шарі.
Достоїнствами цих сполук є: можливість з'єднання деталей з різнорідних матеріалів, з'єднання тонких листів, знижена концентрація напруг і гарний опір втоми, можливість забезпечення герметичності, зменшена маса, можливість отримання гладкої поверхні виробу.
Застосовувані в машинобудуванні клеї поділяють на термореактивні - епоксидні, поліефірні, фенолоформальдегідні, поліуретанові; термопластичні на основі поліетилену, полівенілхлоріда; еластомери на основі каучуків. При нормальній температурі 18? 20 ° С межа міцності на зсув більшості клеїв 10? 20 МПа (граничні досягаються значення 30? 50 МПа); при 200? 250 ° С знижується на 30? 50%.
Клеї на основі кремнійорганічних сполук і неорганічних полімерів (зокрема, ВК2) мають теплостійкістю до 700? 1000 ° С, але меншою міцністю і підвищеною крихкістю.
Поряд з рідкими клеями застосовують клеї у вигляді плівок, які вкладають сполучаються між деталями, а потім нагрівають і стискають.
Основним недоліком клейових з'єднань є їх слабка робота на нерівномірний відрив, що накладає вимоги на конструкцію сполук. Найбільш широко застосовують з'єднання внахлестку, що працюють на зсув. Стикові з'єднання для забезпечення міцності виконують за косоокому зрізу (на «вус») або передбачають накладки. При збільшенні товщини клейового шару міцність падає. Оптимальна товщина шару 0,05? 0,15 мм.
Успішно застосовують клей для підвищення міцності сполучення зубчастих коліс з валами і зубчастих вінців з маточинами. Клей починають використовувати при встановленні зовнішніх кілець підшипників кочення в корпус, для ущільнення і стопоріння різьбових з'єднань, для приєднання платівок ріжучого інструменту.
Для особливо міцна сполук, що зазнають довільну навантаження, включаючи нерівномірний відрив, і вібраційне навантаження, застосовують комбіновані з'єднання, клеесварние і клеезаклепочние, клеерезьбовие.
Комбіновані з'єднання забезпечують равнопрочность з цілими листами і широко застосовуються у відповідальних машинах (зокрема, у важких літаках сполучаються поверхні по кілька сот квадратних метрів).
Клеесварние з'єднання виконують зазвичай у вигляді сполучення клейових і точкових зварних швів. Товсті листи з'єднують дворядними швами з шаховим розташуванням точок. Точкове зварювання переважно виробляють по рідкому (епоксидних) клею.
Клеезаклепочние з'єднання ще міцніше клеесварних. Їх зазвичай виконують по незатвержденному (фенольних БФ-1, БФ-2 та інших) клею, що виключає необхідність здавлювання листів, що з'єднуються при склеюванні.
Успішно застосовують клееболтовие з'єднання.
Розсіювання енергії у клейових з'єднаннях на 20? 30% більше, ніж у звичайних фрикційних.

4. Заклепувальні з'єднання
Заклепка (у соответстівіі з малюнком 2) являє собою стрижень круглого перетину з головками на кінцях, одну з яких, звану заставної, виконують на заготівлі заздалегідь, а другу, звану замикає, формують за клепанні. Заклепки стягують з'єднуються деталі, в результаті чого частина або вся зовнішня поздовжнє навантаження на з'єднання передається силами тертя на поверхні стику.
5,1
Малюнок 2 - Заклепка з напівкруглими голівками і найпростіше заклепкові з'єднання
Заклепувальні з'єднання поділяють на: 1) силові (інакше звані міцними сполуками), що використовуються переважно у металевих конструкціях машин, в будівельних спорудах;
2) силові щільні (інакше звані плотнопрочнимі сполуками), що використовуються в котлах і трубах, що працюють під тиском.
Щільність також можна забезпечити за допомогою клею.
Перевагами клепаних з'єднань є стабільність і контрольованість якості. Недоліки - підвищена витрата металу і висока вартість, незручні конструктивні форми у зв'язку з необхідністю накладання одного аркуша на інший або застосування спеціальних накладок. В даний час заклепувальні з'єднання в більшості областей витіснені зварними і цей процес триває.
Область практичного застосування клепаних з'єднань обмежується наступними випадками:
1) з'єднання, в яких нагрів при зварюванні неприпустима через небезпеку відпустки термооброблених деталей або викривлення остаточно оброблених точних деталей;
2) з'єднання незварюваний матеріалів;
3) з'єднання в літаках, наприклад в пасажирському літаку застосовують до 2,5 мільйонів заклепок;
4) з'єднання в автомобілебудуванні для рам вантажних машин. Заклепки виготовляють з прутків на висадочних автоматах.
Клепку сталевими заклепками діаметром до 8? 10 мм, а також заклепками з латуні, міді і легких сплавів всіх діаметрів виробляють холодним способом, а решту заклепок - гарячим способом.
Матеріал заклепок повинен бути достатньо пластичним для забезпечення можливості формування головок і однорідним з матеріалом деталей, що з'єднуються щоб уникнути електрохімічної корозії. Сталеві заклепки зазвичай виготовляють із сталей Ст2, Ст3, 09Г2 та ін
Державними стандартами передбачені наступні види заклепок.
Заклепки із суцільним стрижнем: з напівкруглою головкою (ГОСТ 10299-80 * і ГОСТ 14797-85, рисунок 3, а), мають основне застосування в силових і щільних швах; з плоскою головкою (ГОСТ 14801-85, в соответстівіі з рисунком 3, б), призначені для роботи в корозійних середовищах; з потаємною головкою (ГОСТ10300-80 *, ГОСТ 14798-85, в соответстівіі з рисунком 3, в), застосовувані при неприпустимість виступаючих частин, зокрема в літаках; з напівпотайною головкою для з'єднання тонких листів.
Заклепки полупустотелие (ГОСТ 12641-80 *, ГОСТ 12643 - 80, р , Д, е) і пустотілі (ГОСТ 12638-80 * - ГОСТ 12640-80 *, в соответстівіі з рисунком 3, ж, з, и) застосовують для з'єднання тонких листів і неметалічних деталей, що не допускають великих навантажень.
5,2
Рисунок 3 - Стандартні сталеві заклепки
Для збільшення ресурсу клепаних з'єднань створюють радіальний натяг, ресурс при цьому збільшується в 2? 4 рази.
Для кріплення лопаток деяких парових і газових турбін застосовують заклепки, що встановлюються під розгортку і працюють в основному на зрушення.
Найбільш відпрацьовані конструкції, типаж і технологія клепаних з'єднань в авіаційній промисловості.
Крім традиційних заклепок застосовують:
1) заклепки зі стрижнів з одночасним расклепиваніем обох голівок і освітою гарантованого натягу по циліндричній поверхні;
2) заклепки з потайною головкою і компенсатором - місцевої опуклість на голівці, деформируемой пріклепке і ущільнюючої контакт головки;
3) заклепки для швів з одностороннім підходом і з сердечником, який при осьовому переміщенні розпирає заклепку, утворюючи замикаючу голівку, а потім обривається і фрезерується для забезпечення гладкої поверхні;
5,3
Малюнок 4 - Стрижньові заклепки для односторонньої клепки
4) вибухова заклепка того ж призначення, у якої замикає головка утворюється в результаті вибуху речовини, закладеного в отвір заклепки; вибух викликається нагріванням закладної головки і стержня;
5) болт-заклепка у вигляді стрижня, встановлюваного з натягом, і високої шайби; при установці болта гайку обжимають на стрижні, що має в цьому місці кільцеві канавки; потім хвостову частину стрижня обривають;
6) заклепка з великим опором зрушенню у вигляді твердої пустотілої заклепки з потайною голівкою, притягиваемой гвинтом.
Заклепувальні з'єднання по конструкції поділяють на з'єднання внахлестку (в соответстівіі з малюнком 5, а), з'єднання з одного накладкою (у соответстівіі з малюнком 5, б) та з'єднання з двома накладками (у соответстівіі з малюнком 5, в).
5,5
Малюнок 5 - Основні типи клепаних з'єднань
Заклепувальні з'єднання застосовують також для деталей машин та устатковання загального призначення, наприклад для кріплення вінців зубчастих коліс до маточини, лопаток в турбінах, противаг колінчастих валів, гальмівних стрічок і обкладок, для з'єднання деталей рам і коліс автомобілів і т. д.
При конструюванні рекомендується дотримуватися наступних правил:
1) в елементах, що працюють на розтяг або стиск для зменшення їх вигину, заклепки слід розташовувати якомога ближче до осі, що проходить через центр маси перерізів, або симетрично щодо цієї осі;
2) у кожному з'єднанні для усунення можливості відносного повороту деталей, що з'єднуються бажано використовувати не менше двох заклепок;
3) заклепки по можливості слід розміщувати таким чином, щоб сполучаються елементи послаблювалися менше і їх матеріал використовувався більш повно, тобто слід віддавати перевагу шахове розташування рядному.
Розрахунок клепаних з'єднань. У відповідності зі звичайними умовами роботи клепаних з'єднань основними навантаженнями для них є поздовжні сили, які прагнуть зрушити з'єднуються деталі одну відносно іншої. У щільному і точному з'єднаннях необхідно, щоб вся зовнішня навантаження, щоб уникнути місцевих зрушень сприймалася силами тертя.
Розрахунок заклепок у з'єднанні, що знаходиться під дією поздовжнього навантаження, зводиться за формою до розрахунку їх на зріз. Тертя в стику враховують при виборі допустимих напружень зрізу. При центральному дії навантаження передбачається рівномірний розподіл сил між заклепками.
У заклепкові з'єднання допустиме навантаження, віднесена до однієї заклепці,

де d - діаметр стержня заклепки; [τ] ср - умовне напруга, що допускається заклепки на зріз; i - число зрізів.
При центрально діючої навантаженні F необхідне число заклепок z = F / F 1.
Заклепки на зминання в односрезном або двухсрезном силовому з'єднанні перевіряють за формулою

де s - товщина стінки деталей, що з'єднуються.
Перевірка на зминання щільних з'єднань не потрібна, тому що в них вся поздовжня навантаження сприймається силами тертя в стику.
Сполучаються, елементи перевіряють на міцність у перерізах, ослаблених заклепками:

Допустима напруга для з'єднань сталевих деталей заклепками зі сталей Ст2 і Ст3 при розрахунку за основними навантажень: на зріз заклепок [τ] ср = 140 МПа і на зминання [σ] см = 280 × 320 МПа, на розтяг з'єднувальних елементів зі сталі Ст3 [σ ] р = 160 МПа.
При холодній клепанні допустимі напруження в заклепках знижують на 30%.
Для елементів з'єднань з пробитими і нерассверленнимі отворами допустимі напруження знижують на 30%.
Якщо з'єднання працює при рідкісних знакозмінних навантаженнях, допустимі напруження знижують множенням на коефіцієнт

де F min і F max - Найменша та найбільша за абсолютною величиною сили, взяті зі своїми знаками. Для з'єднання елементів з низьковуглецевих сталей а = 1, b = 0,3, а для сполук з середньовуглецевих сталей а = 1,2, b = 0,8.
Потрібна площа елементів, що працюють на розтяг під дією сили F,

де φ = (Pd) / P коефіцієнт міцності шва, величина якого зазвичай коливається в межах від 0,6 до 0,85; Р - крок розташування заклепок.
При проектному розрахунку значенням φ задаються, а потім роблять перевірочний розрахунок.
У групових клепаних з'єднаннях, схильних до складного напруженого стану, сили на одну заклепку визначаються, як в різьбових з'єднаннях.

5. Конічні з'єднання
Конічні з'єднання представляють собою різновид фрикційних з'єднань, використовуваних для передачі обертаючого моменту між деталями з співвісними посадочними поверхнями. Зазвичай такі з'єднання застосовують для закріплення деталей на кінцях валів.
Натяг і контактні напруги в конічних з'єднаннях (на відміну від циліндричних з'єднань) створюються затягуванням.
Рівняння рівноваги при рівномірному розподілі за довжиною контактних напружень q і дотичних напружень τ f від тертя (зчеплення) має вигляд

де r 1 і r 2 - відповідно мінімальний і максимальний радіуси конічного ділянки вала в сполученні.
Якщо врахувати, що dz = dr · ctgα. То після інтегрування і нескладних перетворень отримаємо

де F 0 - сила затягування з'єднання; d m і l - середній діаметр і довжина з'єднання; α - Кут нахилу твірної конуса до осі вала; f - коефіцієнт тертя пари вал - маточина.
Зі співвідношення видно, що зі збільшенням кута α (конусності) необхідно збільшувати затягування з'єднання для збереження рівня контактних напруг.
Зазвичай з технологічних міркувань застосовують невелику конусність. За ГОСТ 21081-75 конусность

що відповідає α ≈ 2 ° 52 '(d 1 і d 2 - мінімальний і максимальний діаметри вала в з'єднанні). При більшій конусності на несучу здатність сполук істотний вплив роблять похибки кутів конуса вала й маточини (втулки), тобто в конічних з'єднаннях ставлення f / tgα <1. При малому куті α можна прийняти, що діаметр валу dd m.
Обертаючий момент, що передається з'єднанням.

Звідки необхідна мінімальна сила затягування з'єднання

де k = 1,3? 1,5 - коефіцієнт запасу зчеплення;. f пр - наведений коефіцієнт тертя,

З формули випливає, що на переданий обертаючий момент впливають сила попереднього затягування, середній діаметр і стан поверхонь контакту.
Максимальна сила затягування встановлюється з умов міцності (подібно максимальному розрахунковому натягу). Так як конусность невелика, то максимальна сила затягування (tg α = 0,5 K = 0,05)

де D - зовнішній діаметр маточини (втулки).
Затяжку сполук контролюють динамометричним ключем або по осьовому переміщенню маточини.
У процесі роботи можливе ослаблення затяжки через обмятія поверхонь контакту (особливо в поєднанні зі шпонкою).
Для фіксації осьового положення іноді використовують бурти на валах.

6. Клинові з'єднання
Клиновим називають роз'ємне з'єднання, затягує або регульоване за допомогою клину. Типовим прикладом клинового з'єднання є з'єднання стержня зі втулкою. З'єднання зазвичай затягують, забиваючи клин або переміщаючи його за допомогою гвинта.
7,35
Малюнок 6 - Клинові з'єднання стержня з втулкою
Переваги клинового з'єднання: 1) швидкість збірки і розбирання; 2) возмжность створення великих сил затягування й можливість сприйняття великих навантажень; 3) відносна простота конструкції.
За призначенням клинові з'єднання поділяють на: 1) силові, призначені для міцного скріплення деталей; 2) настановні, призначені для установки і регулювання необхідного взаємного положення деталей.
Силові з'єднання застосовують для постійного скріплення при рідкісних розборках в машинах і при частій складання і розбирання в пристосуваннях для обробки деталей на верстатах і в збірних ливарних моделях.
Більшість силових клинових з'єднань виконуються з попереднім натягом: клином створюється внутрішня сила, що діє і при відсутності зовнішнього навантаження. Установчі клинові з'єднання зазвичай виконують без попереднього натягу з силовим замиканням, переважно навантаженням від сил тяжіння.
У клинових з'єднаннях застосовують майже виключно односкосние клини. Робочі поверхні клинів виконують циліндричними або плоскими з фасками. У кріпильних клинових з'єднаннях ухили вибирають з умови самогальмування рівними 1:100, 1:50, в часто затягується і настановних клинах - 1:20, 1: 10, 1:4.
7,37
Малюнок 7 - Розрахункові схеми клинового з'єднання
Приблизні співвідношення розмірів клинів у з'єднанні стрижня діаметром d з втулкою:
товщина клина (з умови рівноміцності стержня на розтяг та на зминання клином) b = (0,25? 0,3) d; висота перерізу клина h ≥ 2,5 b.
При забиванні і вибиванні клина (в соответстівіі з малюнком 7), а сумарні сили на робочих гранях клина нахилені до нормалях на кут тертя φ в бік, зворотний переміщенню клину. Позначимо силу забивання клину через F, а силу, що розвивається на стрижні, - через Q. У настановних клинових з'єднаннях вона дорівнює корисної зовнішньої навантаженні Q = Q вн. У з'єднаннях з попереднім натягом за умовою, що після прикладання зовнішнього навантаження в поєднанні зберігається натяг, розрахункова сила в стержні Q = (1,25? 1,5) Q вн. Згідно з умовою рівноваги клину в напрямку його осі можна записати F = Q [tg (α + φ) + tgφ].
Сила вибивання клину

Самогальмування визначається умовою, що сила F 1 більше або дорівнює нулю. Вважаючи в попередньому рівнянні F 1 ≥ 0, отримуємо
, Звідси α ≤ 2φ.
Таким чином, кут односкосного клину або сума кутів сторін (кут загострення) двускосного клину повинні бути менше подвійного кута тертя на робочих гранях.
Розрахунковий коефіцієнт тертя зазвичай приймають рівним 0,1; тоді φ ≈ 5 ° 45 '. Однак при пластичному змащувальному матеріалі і чистих поверхнях коефіцієнт тертя може знижуватися до 0,04. Навпаки, при сухих знежирених поверхнях коефіцієнт тертя зростає до 0,2? 0,3 і більше. У кріпильних клинових з'єднаннях забезпечується значний запас самогальмування. При ухилах, менших 1:25, і постійному навантаженні немає необхідності в спеціальних стопорних пристроях, що оберігають з'єднання від мимовільного ослаблення. В інших випадках клини спеціально закріплюють.
При розрахунку клину припускають, що тиск по поверхні контакту розподіляється рівномірно (малюнок 7, б). Насправді розподіл тиску особливо при великих навантаженнях більш сприятливо для міцності клина на вигин (малюнок 7, в).
Додатково перевіряють поверхню контакту клина і втулки на зминання, хвостову частину стержня на зріз, а також міцність втулки як товстостінній труби, схильною до внутрішнього тиску.

7. Профільні з'єднання
Профільними називають сполуки, в яких маточина (втулка) насаджується на фасонну поверхню валу і таким чином забезпечується жорстке фіксування деталей в окружному напрямку і передача обертання. В якості прикладу показано з'єднання на квадраті з округленими кутами (для зниження концентрації напружень); застосовуються також сполуки еліптичного і трикутного перетинів.
9,29
Рисунок 8 - Профільне з'єднання
У порівнянні з шпонкові і шліцьовими ці сполуки мають невелику концентрацію напруг і більш високу точність центрування. Однак складність виготовлення профільної поверхні обмежує області застосування сполук.
Розрахунок з'єднань. Профільні з'єднання розраховують на зминання. Умова міцності по допускаються напруженням для з'єднання має звичайний вигляд:

де l - довжина з'єднання, зазвичай l = (1? 2) d; b - ширина прямолінійної частини грані; [σ см] напруга, що допускається зминання, для термооброблених поверхонь [σ см] = 100? 140 МПа.

8. Зварні з'єднання
Зварні з'єднання - це нероз'ємні з'єднання, засновані на використанні сил молекулярного зчеплення і одержувані шляхом місцевого нагрівання деталей до розплавленого стану (зварювання плавленням електродугова, електрошлакове та ін) або до тістоподібного стану, але із застосуванням механічної сили (контактна зварка).
Дугове зварювання металевим електродом здійснюється електричної дугою між електродом і виробом. Виділяється тепло оплавляє з'єднуються деталі і розплавляє електрод (або присадний матеріал), який дає додатковий метал для формування шва. Дугова електрична зварювання є великим російським винаходом (Н. І. Бенардос, 1882 р ., І Н. Г. Славянов, 1888 р .).
Основним способом механізованого дугового зварювання, що забезпечує исокое якість шва, продуктивність і економічність процесу, є автоматична зварка під шаром флюсу. Особливо ефективним є застосування автоматичного зварювання в серійному виробництві і для конструкцій з довгими швами. Для конструкцій з короткими розкиданими швами застосовують напівавтоматичну шлангові зварювання, а при малому обсязі зварювальних робіт ручне дугове зварювання.
Для зварювання металевих деталей малої товщини, деталей з високолегованих сталей, кольорових металів і сплавів набули поширення дугове зварювання в середовищі захисних газів, зварювання у вуглекислому газі і аргонодуговая зварювання.
Електрошлакове зварювання так само, як і дугове, являє собою зварювання плавленням, при проходженні струму через шлакову ванну від електрода до виробу виділяється теплота, розплавляються основний і присадний матеріали. Електрошлакове зварювання призначена для з'єднання деталей товщиною от30 мм до 1? 2 м. Електрошлакове зварювання дозволяє замінювати складні важкі суцільнолиті і цельнокование конструкції зварними з поковок, відливок або листів, дозволяє формувати перехідні поверхні (галтелі), що значно полегшує і здешевлює виробництво. Електрошлакового зварювання застосовують, зокрема, для чавунних виливків.
Контактна зварювання заснована на розігріві стику теплотою, що виділяється при пропусканні через нього електричного струму, і стискання деталей. Контактну зварювання застосовують переважно в серійному і масовому виробництвах.
При зварюванні тертям використовується теплота, що виділяється в процесі відносного руху деталей, що зварюються, переважно тіл обертання.
Застосовують також спеціальні види зварювання:
1) дифузійну, що дозволяє з'єднувати різнорідні матеріали і забезпечує мінімальну зміну властивостей з'єднання в порівнянні з властивостями основних матеріалів;
2) електронно-променеву (вельми економічно вигідну) і лазерну, що забезпечують вузьку зону проплавлення, малі деформації і дозволяють зварювання загартованих деталей;
3) радіочастотну, переважно застосовується для тонких труб і вельми продуктивну;
4) ультразвукову в приладобудуванні для деталей малої товщини з однорідних і різнорідних металів;
5) зварювання вибухом, переважно для покриттів.
Суттєві перспективи, зокрема для підвищення
продуктивності зварювання та різання, дає застосування плазмового процесу.
Досить ефективні наплавлення, підвищують зносостійкість в 3? 10 разів. Можлива наплавлення шару практично будь-якого металу або сплаву на заготівлю зі звичайної конструкційної сталі.
Широко застосовують відновлювальні наплавлення, але ще недостатньо застосовують наплавлення, що їх у процесі виготовлення, хоча вони найбільш вигідні. Успішно наплавляють клапани автомобільних двигунів і дизелів, лемеші, бандажі залізничних коліс, прокатні валки.
Розроблено зварювання пластмас газовими теплоносіями, нагрівальними елементами ТВЧ., Ультразвуком, тертям, за допомогою хімічних реакцій.
Зварні з'єднання на взаємному розташуванню з'єднувальних елементів можна розділити на наступні групи:
1) З'єднання стикові. Сполучаються, елементи є продовженням один іншого, зварювання виробляють по торцях.
2) З'єднання нахлесточного. Бічні поверхні з'єднувальних елементів частково перекривають одна одну.
3) Сполуки таврові. Сполучаються, елементи перпендикулярні або рідше прихилялися один до іншого. Один елемент торцем приварюється до бічної поверхні іншого.
4) Сполуки кутові. Сполучаються, елементи перпендикулярні або прихилялися один до одного і приварюються по кромках.
Застосування стикових з'єднань, як найбільш близьких до цілих деталей, розширюється, а застосування внапуск скорочується.
Застосування зварних конструкцій забезпечує істотну економію металу в порівнянні з клепаними і литими. Економія металу в порівнянні з клепаними конструкціями виходить в основному на увазі:
а) повного використання робочих перетинів з'єднувальних елементів без послаблення їх отворами для заклепок;
б) можливості безпосереднього з'єднання елементів без допоміжних деталей (накладок).
Загальна економія металу становить у середньому 15? 20%.
Економія металу в порівнянні з литими конструкціями досягається завдяки:
а) більш високим механічним властивостям матеріалів і меншим залишковим напруженням;
б) більш тонким стінках;
в) меншим припуску на механічну обробку.
Зварні сталеві конструкції легше чавунних литих на величини до 50%, а сталевих литих - до 30%.
Для зварювання характерні високі економічні показники: мала трудомісткість процесу, відносно низька вартість обладнання, можливість автоматизації і т. д. Щодо низька вартість зварювального устаткування визначається тим, що воно не пов'язане з використанням великих сил (як ковальсько-пресове обладнання) та з необхідністю плавлення великої кількості металу (як ливарне виробництво).
Недоліком зварювання є нестабільність якості шва, що залежить від кваліфікації зварника. Цей недолік значною мірою усувається застосуванням автоматичного зварювання.
Зварювання є основним видом отримання сполук металевих будівельних конструкцій. Найбільш прогресивно виготовлення металевих конструкцій на заводах зварюванням, а їх з'єднання на будівельних об'єктах високоміцними болтами.
Зварювання дозволяє здешевлювати й удосконалювати конструкції деталей, отриманих різними заготівельними операціями, поковок, прокату, відливок та деталей з різних матеріалів.
Широке застосування знаходять зварні конструкції з гнутих або штампованих елементів. Ці конструкції припускають раціональні форми при малій трудомісткості.
Загальним вихідним умовою проектування зварних з'єднань є умова одно міцності шва і з'єднувальних елементів.
Розрахунок зварних конструкцій. Міцність зварних з'єднань при змінному навантаженні.
Зварні з'єднання, равнопрочние при статичних навантаженнях з'єднувальних елементів, при змінних навантаженнях виявляються відносно слабкіше.
Це пояснюється: 1) концентрацією напружень (пов'язаної з геометрією стику, зварювальними дефектами, а для флангових і косих кутових швів - спільною роботою з сполучаються елементами), 2) залишковими напруженнями; в) ливарної структурою шва, зміною структури металу близько шва і вигорянням легуючих компонентів.
Найбільшим опором змінним навантаженням мають стикові з'єднання, особливо при знятих механічною обробкою стовщеннях.
Міцність зварних з'єднань при дії змінних навантажень сильно залежить від якості швів. Наприклад, при наявності в стикових швах навіть незначного непровару міцність знижується на 50%. Таке ж зниження виходить від зварювання електродами з тонкими покриттями.
Велике значення має конструкція швів. Наприклад, міцність при змінних навантаженнях таврових сполук зі скосами крайок у зв'язку з меншою концентрацією напружень в 1,5 рази вище, ніж без оброблення крайок. Від постановки накладок для посилення стикових з'єднань міцність при змінних навантаженнях, як правило, не тільки не збільшується, але, навпаки, зменшується у зв'язку з появою джерел різкої концентрації напружень.
Слід уникати поєднання зварних швів з місцями концентрації напружень від форми. Слід забезпечувати рівномірну товщину швів, зокрема виключати великі скупчення наплавленого металу в місцях перетину швів. Слід так розташовувати шви, щоб було зручно їх зварювати і контролювати.
Кардинальним засобом підвищення міцності зварних з'єднань при змінних навантаженнях є наклеп дробом і карбування.
У дослідах на зварних лабораторних зразках дробеструйной обробкою вдавалося підвищити міцність більш ніж в 1,5 рази і навіть довести міцність до міцності цілих зразків; міцність з'єднань електрошлакової зварюванням вдавалося підвищити в 2 рази.
Вибір допустимих напружень. Допустимі напруги в зварних швах при статичному навантаженні задаються в частках від допустимого напруги основного металу з'єднувальних елементів на розтяг в залежності від способу зварювання.
Допустимі напруги основного металу в металевих будівельних та кранових конструкціях (відповідно до «Будівельними нормами і правилами») визначають по залежності

де R - розрахунковий опір руйнуванню (R = 0,9 σ Т для низьковуглецевої і R = 0,85 σ Т для низьколегованої сталі); m - коефіцієнт умов роботи, в більшості випадків дорівнює 0,9, при підвищеній податливості елементів і в деяких інших випадках т = 0,8; k H ­ - коефіцієнт надійності, зазвичай k H = 1? 1,2, для підкранових балок при важкому режимі k H = 1,3? 1,5.
Зазвичай = Σ Т / (1,35? 1,6) для вуглецевих і = Σ Т / (1,5? 1,7) для легованих сталей.
У будівельних конструкціях при змінних навантаженнях розрахункові опору або напруга, що допускається множать на коефіцієнт γ = з / (а-br), якщо найбільша напруга розтягуюче, або на коефіцієнт γ = з / (а-br), якщо найбільша напруга стискуюче, де r = σ min / σ max характеристика циклу, а, b, с - коефіцієнти.
Розрахунок на опір утоми машинобудівних зварних конструкцій можна проводити за основним металу поблизу шва, якщо забезпечена статична равнопрочность зі швами.
Розрахунок на надійність зварних з'єднань. На основі вітчизняних і зарубіжних досліджень, що містять діапазон розсіювання межі витривалості зварних з'єднань: стикове з'єднання, зварювання автоматична і напівавтоматична 0,03; той же, зварювання ручна 0,05; нахлесточного з'єднання 0,06; зварні двотаврові балки 0,05; зварні коробчаті балки 0,09.
Окалина може бути самостійним джерелом варіації межі витривалості з коефіцієнтом 0,06. Ці коефіцієнти повинні квадратичні підсумовуватися з коефіцієнтом варіації для деталей однієї плавки без зварного шва і коефіцієнтом за плавок.

9. Паяні з'єднання
Паяні з'єднання - це нероз'ємні з'єднання, забезпечувані силами молекулярної взаємодії між сполучаються деталями іпріпоем. Припій - це сплав або метал, що вводиться в розплавленому стані в зазор між сполучаються деталями і має нижчу температуру плавлення, ніж з'єднуються деталі. Відмінність пайки від зварювання - відсутність розплавлення або високотемпературного нагріву деталей, що з'єднуються.
Зв'язок у паяної шві заснована на:
розчиненні металу деталей в розплавленому припої;
взаємної дифузії елементів припою і металу деталей, що з'єднуються;
бездіффузіонной атомної зв'язку.
Міцність паяного шва істотно вище, ніж припою, у зв'язку з розчиненням в шарі матеріалу деталей і в зв'язку з тим, що шар знаходиться у скрутному напруженому стані сполучаються між деталями.
Пайкою з'єднують однорідні і різнорідні матеріали: чорні і кольорові метали, сплави, кераміку, скло і т. д.
Основні паяні з'єднання: внахлестку (ПН-l? ПН-6, включаючи телескопічні ПН-4? ПН-6), встик (ПВ-l, ПВ-2), вскос (ПВ-3, ПВ-4), утавр (ПТ -1? ПТ-4), дотичні (ПС-l, ПС-2). Переважне застосування мають з'єднання внахлестку, як забезпечують досить високу міцність аж до досягнення рівноміцності з цілими деталями.
Стикові з'єднання мають застосування, обмежене малими навантаженнями, що пов'язано з малими поверхнями спаю.
З'єднання ступінчасті і вскос (ПВ-3, ПВ-4 з кутом не більше 30 °) здатні забезпечувати необхідну міцність, але їх застосування обмежується складністю виготовлення.
Пайкою з'єднують листи, стрижні, труби між собою і з плоскими деталяміі ін Важливу область складають стільникові паяні конструкції (рисунок 9).
5,8
Рисунок 9 - Сотові конструкції
Припої повинні бути легкоплавкими, добре змочувати сполучаються поверхні, володіти достатньо високою міцністю, пластичністю, непроникністю. У техніці застосовують широку номенклатуру припоїв, що розділяється на групи по температурі плавлення і за хімічним складом.
У машинобудуванні уживані наступні припої.
олов'яно-свинцеві за ГОСТ 21930-76 * ПОС 61, ПОС 40, ПОС 30, ПОС 10 та інших
олов'яно-свинцеві сурм'янисті і малосурм'янистих за ГОСТ 21930-76 * (автомобілебудування, з'єднання цинкових і оцинкованих деталей тощо);
срібні, олов'яні, олов'яно-свинцеві з вмістом срібла до 10% за ДСТ 19738-74 * (відповідальні з'єднання, требуюшіе високої міцності, корозійної стійкості, щодо невисокої температури плавлення, підвищеної електропровідності);
мідно-цинкові сплави - латуні (для більшості металевих деталей, крім деталей, що піддаються ударним і вібраційним навантаженням).
У процесі пайки для захисту поверхонь від забруднення та окислення і відповідно для поліпшення розтікання рідкого припою застосовують флюси.
При низькотемпературної пайку застосовують у вигляді флюсу каніфоль та її розчини, вазелін, а також більш активні флюси, що містять органічні кислоти (олеїнову, молочну, лимонну) та ін
Для підвищення активності флюсу додають фтористі і хлористі солі металів.
Застосовують різноманітні способи пайки: паяльником з періодичним підігрівом або з безперервним підігрівом газом, рідким паливом або електричним підігрівом; газополуменевим пальниками; електронагрівом (переважно електроопору); в рідких середовищах; в печах; спеціальні.
Найбільш проста пайка паяльником, найбільш продуктивні пайки в рідких середовищах і в печах.
Розрахунок паяних з'єднань проводять по номінальній напрузі в залежності від границі міцності. Значення межі міцності на зріз при пайку найбільш поширеними олов'яно-свинцевими припоями:
Матеріал деталі
Сталь 20
Сталь Х18Н9Т
Мідь М3
Латунь Л62
τ ср, МПа
28
32
27
22
Межа міцності спаю на розтяг (з дослідів з срібними припоями ПСр40 і ПСр45) для більшості сталей на 30-40% вище τ ср, а для особливо високолегованих сталей вище до 2 і більше разів.

10. Шліцьові з'єднання
Шліцьові з'єднання (у соответстівіі з малюнком 10) умовно можна розглядати як многошпоночное, у якого шпонки виконані як одне ціле з валом. Шпонкові і зубчасті з'єднання служать для закріплення деталей на осях і валах. Такими деталями є шківи, ​​зубчасті колеса, муфти, маховики, кулачки і т. д.
9,22
Рисунок 10 - Деталі (а) і шлицевое з'єднання (б): 1 - вал, 2 - втулка (маточина)
З'єднання забезпечують жорстке фіксування деталей в окружному напрямку і допускають їх взаємні осьові переміщення (рухливі з'єднання).
За формою поперечного, перетину розрізняють три типи з'єднань: прямобочние ГОСТ 1139-80; евольвентні ГОСТ6033-80; трикутні (виготовляються за галузевим стандартам).
З'єднання з прямобочние зубами поширені в машинобудуванні. Залежно від числа зубів (z = 6? 20) і їх висоти ГОСТ 1139-80 передбачає три серії сполук для валів з зовнішнім діаметром від 14 до 125 мм .
9,24
Малюнок 11 - Шліцьові з'єднання з евольвентними (а) і трикутними (б) зубами
При переході від легкої до важкої серії при незмінному внутрішньому діаметрі зубів збільшуються їх число, зовнішній діаметр і, як наслідок, здатність навантаження.
Центрування, т. е. співвісні положення деталей, що з'єднуються, здійснюють: за зовнішнім (у соответстівіі з малюнком 11, а) або внутрішньому (у соответстівіі з малюнком 11, б) діаметру зубів, а також по бічних поверхнях зубів.
Для перших двох типів центрування сполуки мають мінімальні зазори по поверхнях діаметрів D і d відповідно і обмежений зазор по бічних сторонах. За нецентрірующему діаметру передбачено значний зазор. При третьому типі центрування   мінімальний зазор встановлюють по бічних сторонах зубів і значні зазори по поверхнях діаметрів D і d. Стандартом передбачено три форми виконання зубів валу і одна для западин втулки.
Центрування по зовнішньому діаметру зубів технологічно найбільш просте і економічне, так як центрирующие поверхні допускають точну і продуктивну обробку. Таке центрування застосовують в основному для нерухомих з'єднань.
Рекомендовані посадки по ширині b при центруванні по зовнішньому діаметру: F8/f7, F8/f8, F8 / j s 7 та ін
Центруючі поверхні валу шліфують, забезпечуючи найбільш високу точність центрування. Таке центрування використовують зазвичай в рухомих з'єднаннях: Рекомендують такі посадки по центруючий діаметру d: H7/f7, H7/g6, Н7 / j s 7 та ін
Центрування по бічних сторонах зубів застосовують порівняно рідко, лише у з'єднаннях, схильних реверсивним динамічним навантаженням. Воно не забезпечує співвісності валу і маточини, хоча має високу навантажувальну здатність. Рекомендовані посадки по ширині b: F8 / j s 7, D9/e8. D9/f8 та ін
З'єднання з евольвентними шліцами більш технологічні, ніж прямобочние шліцьові з'єднання. Для обробки валів з евольвентними шліцами потрібно менший комплект більш простого інструмента і використовується досконаліша технологія зубообробки.
Сполуки мають більш високу точність і міцність завдяки більшій площі контакту, більшій кількості зубів і заокруглень западин, снижающему концентрацію напруг. У cвязи з цим області застосування сполук безперервно розширюються. Їх центрування виконують звичайно по бокових поверхнях зубів. Рекомендовані посадки: 7H/7h, 7Н/9r, 7Н/8р - для нерухомих з'єднань і 9H/9f, 9H/9g, 11H/l0d - для рухомих сполук.
На відміну від зубчастих коліс кут профілю (α = 30 °) збільшено, а висота зуба зменшена (h = m).
За ГОСТ 603З-80 розмірний ряд охоплює евольвентні шліцьові з'єднання з модулями m = 0,5? 10 мм, зовнішніми діаметрами D = 4? 500 мм і числами зубів z = 6? 82.
При використанні прямобочние і евольвентних сполук для направлення осьового переміщення деталей, посаджених на вал (наприклад, зубчастих коліс в коробках передач), твердість поверхні зубів підвищують до 54-60 HRC для зменшення зносу.
З'єднання з трикутними зубцями застосовують переважно для нерухомих з'єднань при тонкостінних втулках, а також у з'єднаннях сталевих валів з маточинами з легких сплавів, у приладобудуванні. Вони дозволяють координувати положення вала і втулки в межах малих кутів. За рекомендацією РЕВ (РС 656-66) кут профілю β = 60 ° при номінальних діаметрах до 60 мм . Крім таких сполук, в машинобудуванні у галузевим стандартам виготовляють з'єднання з іншими кутами профілю (72 °, 90 ° тощо) і D = 5? 75 мм.
У швидкохідних передачах авіаційні та автомобільні коробки передачі т. п. точність центрування шліцьових з'єднань часто недостатня. Для її підвищення центрування здійснюють по допоміжних поверхонь (конічним, циліндричним, а іноді відмовляються від застосування з'єднань і колеса виготовляють як одне ціле з валом.
9,25
Рисунок 12 - центрування деталей шліцьового з'єднання по конічної і циліндричної додатковим поверхонь
Проектування і розрахунок з'єднань. Основні розміри   шліцьового з'єднання задають при конструюванні вала. Довжину сполуки беруть не більше 1,5 D; при більшій довжині істотно зростає нерівномірність розподілу навантаження вздовж зубів і трудомісткість виготовлення. Враховуючи, що з'єднання в машинах виходять з ладу переважно з-за пошкодження робочих поверхонь зубів і втомного руйнування шліцьових валів, після проектування виконують перевірочний розрахунок зубів.
9,26
Малюнок 13 - Розрахункова схема зуба шліцьового з'єднання
Умова міцності по допускаються напруженням зминання має вигляд

де d m - середній діаметр з'єднання; z - число зубів; h і l - відповідно висота і довжина поверхні контакту зубів; ψ - коефіцієнт, що враховує нерівномірний розподіл навантаження між зубами і вздовж зубів (ψ = 0,5? 0,7); [σ см] - допустиме напруження зминання на бічних поверхнях.
Для з'єднання з евольвентними зубами приймають: [σ см] = 0,2 σ в для нерухомих з'єднань з хіміко-термічною обробкою зубів;
см] = 0, lσ в - те ж для рухомих сполук. Для сполук з зубами без хіміко-термічної обробки значення [σ см] знижують удвічі. Висота і довжина поверхні контакту: для прямобочние зубів
; ;
для евольвентних зубів h = m; d m = mz, де m - модуль зубів.
Шліцьовим сполукам властива висока концентрація навантаження, обумовлена ​​похибками виготовлення, зміщеннями осей деталей під навантаженням, закручуванням деталей. Лише в ідеально точному з'єднанні при дії обертаючого моменту Т навантаження між зубами розподілена рівномірно
; Де I - номер зуба.
При спільній дії моменту і радіальної сили F, навантаження між зубами буде розподілятися нерівномірно
і
У реальних з'єднаннях є погрішності в кутовому кроці зубів валу і втулки, а також радіальні зазори, які призводять до істотно нерівномірного розподілу навантаження в окружному напрямку і циклічному взаємною зміщення деталей в осьовому напрямку, зношування зубів і розвитку контактної корозії.
У наближеному розрахунку концентрацію навантаження враховують загальним коефіцієнтом ψ. Для поліпшення розподілу навантаження та підвищення довговічності сполук підвищують точність виготовлення, вдосконалюють форми деталей і виконують ряд інших заходів.   
11 штифтові з'єднання
Штифтові з'єднання застосовують при невеликих навантаженнях переважно в приладобудуванні. З'єднуються деталі сполучаються при цьому по перехідних посадках.

Рисунок 14 - штифтові з'єднання
Для виключення випадання в процесі роботи використовують штифти: з насіченими канавками, вальцьованих, різьбові. Часто для цих же цілей виробляють розведення кінців штифтів.
9,31
Рисунок 15 - Штифти (а - гладкі, б - з канавками, в - з різьбовим кінцем, г - розвідний конічний)
Основні типи штифтів стандартизовані. Їх виготовляють з вуглецевих сталей 30, 45, 50 та ін
За характером роботи штифтове з'єднання подібно заклепковий (працює на зріз і зминання). Для розрахунку з'єднання використовують ті ж залежності. Умова міцності при зрізі радіального штифта,

а умова міцності по зминанню

де F t - зрізати сила (осьова або окружна); i - число поверхонь зрізу; А з = πd 2 / 4 - площа штифта при зрізі; А см = d (D - d 1) - Площа поверхні зминання (стиснення); [τ c] = 70? 80 МПа - допустиме напруження при зрізі; [σ см] = 200? 300 МПа - допустиме напруження при зминанні.
Зрізаються сила при передачі обертаючого моменту F t = 2T / d 1.
Штифти діаметром d = (0,1? 0,15) d в і довжиною l = (3? 4) d в (d в - Діаметр валу) встановлюють за посадці з натягом Н7/r6 в отвори, спільно просвердлені і розгорнуті при складанні в валу і маточині по стику посадочних поверхонь.
9,32
Рисунок 16 - Схеми до розрахунку з'єднань радіальним (а) і осьовим (б) штифтами
Многоштіфтовие сполуки цього типу за міцністю близькі до шліцьовим.

12. Шпонкові з'єднання
З'єднання двох співвісних циліндричних деталей для передачі обертання між ними здійснюється за допомогою шпонки 1 (у соответстівіі з малюнком 17, а), спеціальної деталі, що закладається в пази з'єднуються валу 2 і маточини 3.
9,20
Рисунок 17 - Шпонкові з'єднання
У машинобудуванні застосовують ненаголошений (без навантаження) з'єднання (з допомогою призматичних і сегментних шпонок (у соответстівіі з малюнком 17, б і в), і напружені з'єднання (з допомогою клинових шпонок (у соответстівіі з малюнком 17, р )). Шпонки цих типів стандартизовані, їх розміри вибирають за ГОСТ 23360-78, ГОСТ 24071-80 і ГОСТ 24068-80.
Основні переваги сполук полягають у простоті конструкції і можливості жорсткої фіксації насаживаемой деталі в окружному напрямі.
Однак з'єднання трудомісткі у виготовленні, вимагають ручної пригону або підбору. Це обмежує використання з'єднань в машинах великосерійного та масового виробництва. Не рекомендується застосування сполук для Швидкообертаюча валів відповідального призначення з-за складності забезпечення концентричної посадки деталей, що сполучаються.
Шпонкові з'єднання застосовують переважно в тих випадках, коли посадку з натягом не вдається реалізувати за умовами міцності або технологічним можливостям.
З'єднання призматичними шпонками. Застосовуються в конструкціях найбільш широко, так як прості у виготовленні і мають порівняно невелику глибину врізання у вал.
Шпонки мають прямокутний перетин з відношенням висоти до ширини від 1 (для валів діаметром до 22 мм ) До 0,5 (для валів великих діаметрів). Їх встановлюють з натягом у пази валів. Робочими у шпонок є бічні вузькі межі. У радіальному напрямку передбачений зазор, У відповідальних з'єднаннях сполучення дна паза з бічними сторонами виконують по радіусу для зниження концентрації напружень. Матеріал шпонок - чістотянутая сталь 45 або сталь ст6 з межею міцності σ в = 590? 750 МПа.
Якщо взяти для спрощення, що напруження в зоні контакту розподілені рівномірно, і плече рівнодіючої цих напруг дорівнює 0,5 d (де d - діаметр валу), то середні контактні напруги (напруги зминання, викликають зминання робочих граней)

де Т - обертаючий момент; l р - робоча довжина шпонки; t 2 = 0,4 h - глибина врізання шпонки в маточину;   - Допустиме напруження на зминання.
На практиці перетин шпонки підбирають за ГОСТ 23360-78 в залежності від діаметра валу, а довжину l шпонки призначають на 5 - 10 мм менше довжини маточини. Потім за формулою (1) оцінюють міцність з'єднання на зминання або обчислюють граничний момент, відповідний напрузі .
Робоча довжина шпонки l p = lb може бути визначена з очевидного співвідношення.
.
Перевірку міцності шпонок на зріз зазвичай не роблять, так як ця умова задовольняється при використанні стандартних перерізів шпонок і рекомендованих значень .
Якщо умова міцності не виконується, то з'єднання утворюють за допомогою двох шпонок, встановлених під кутом 120 або 180 °.
З'єднання характеризуються істотно нерівномірним розподілом навантаження і напружень як за висотою перерізу, так і по довжині шпонки. Це викликає пружнопластичне зминання робочих граней пазів і шпонки, закручування її, особливо за наявності зазору між валом і маточиною. Тому довжину шпонкових з'єднань обмежують (l ≤ 1,5 d), а посадку зубчастих коліс, шківів, напівмуфт та інших деталей на вали здійснюють з натягом (посадки Н7/р6; Н7/r6; H7/s7; H7/k6 і т. п.).
У цьому випадку шпонкові з'єднання по суті вимикаються з роботи і виявляються резервними, а шпонки забезпечують лише жорстку фіксацію в окружному напрямку насаживаемой деталей.
З'єднання сегментними шпонками. Сегментні шпонки мають більш глибоку посадку і не перекошуються під навантаженням, вони не вимагають ручної пригону. Проте глибокий паз суттєво послаблює вал, тому сегментні шпонки використовують переважно для закріплення деталей на малонавантажених ділянках валу (наприклад, на вхідних або вихідних хвостовиках валів).
Розрахунок з'єднань з сегментними шпонками також проводять за формулою, приймаючи t 2 = ht 1. Допустимі напруги зминання при постійному навантаженні в поєднанні сталевого валу і шпонки з чістотянутой сталі (σ в = 500? 600 МПа) в залежності від матеріалу маточини можна вибирати наступними: 150-180 МПа - для маточин із сталі; 80-100 МПа - з чавуну та алюмінію; 15-25 МПа - з текстоліту і древопластіка.
Великі значення приймають при легкому режимі роботи (змінне навантаження не більше 5% від постійної), а менші - при важких умовах експлуатації (навантаження знакозмінна з ударами).

13. Різьблення
Різьблення - виступи, утворені на основної поверхні гвинтів або гайок і розташовані по гвинтовій лінії. Різьбове з'єднання утворюється двома (рідше трьома) деталями. В однієї з них на зовнішній, а в іншої на внутрішній поверхні є розташовані по гвинтовій поверхні виступи - відповідно зовнішня і внутрішня різьба (в соответстівіі з малюнком 18).
За формою основної поверхні розрізняють циліндричні і конічні різьблення. Найбільш поширена циліндрична різьба. Конічну різьблення застосовують для щільних з'єднань труб, маслюк, пробок і т. п.
Профіль різьби - контур перерізу різьби в площині, що проходить через вісь основної поверхні. За формою профілю розрізняють трикутні, прямокутні, трапецеїдальних, круглі і інші різьблення.
По напрямку гвинтової лінії розрізняють праву і ліву різьблення. У правої різьби гвинтова лінія йде зліва направо і вгору, у лівій - справа наліво і вгору. Найбільш поширена праве різьблення. Ліву різьблення застосовують тільки в спеціальних випадках.
Якщо витки різьби розташовані по двох або декількох паралельних гвинтовим лініях, то вони утворюють многозаходной різьблення. За кількістю заходу розрізняють однозаходную, двухзаходной і т. д. різьблення. Найбільш поширена однозаходная різьблення. Всі кріпильні різьби однозаходние. Багатозахідні різьби застосовуються переважно в гвинтових механізмах. Число заходів більше трьох застосовують рідко.
8,1
Рисунок 18 - Різьбове з'єднання з метричною різьбою
Методи виготовлення різьби
1. Нарізкою вручну мітчиками або плашками. Спосіб малопродуктивний. Його застосовують в індивідуальному виробництві та при ремонтних роботах.
2. Нарізкою на токарно-гвинторізних або спеціальних верстатах.
3. Фрезеруванням на спеціальних резьбофрезерних верстатах. Застосовують для нарізки гвинтів великих діаметрів з підвищеними вимогами до точності різьблення (ходові і вантажні гвинти, різьблення на валах і т.д.).
4. Накаткою на спеціальних різьбонакатних верстатах-автоматах. Цим високопродуктивним і дешевим способом виготовляють більшість різьб стандартних кріпильних деталей (болти, гвинти і т.д.). Накатка істотно зміцнює різьбові деталі.
5. Литтям на деталях зі скла, пластмаси, металокераміки і ін
6. Видавлюванням на тонкостінних тисках і штампованих виробах з жерсті, пластмаси і т.д.
Найбільшого поширення в машино-та приладобудуванні має метрична різьба по ГОСТ 8724-81 з великими дрібним кроками. Вона позначається літерою М і цифрами, що показують зовнішній діаметр різьби (наприклад, різьблення, що має d = 24 мм, позначається М24), в позначенні різьби з дрібним кроком, крім діаметра, у формі сомножителя вказується її крок (наприклад, М24? 1,5 для різьблення, що має d = 24 мм і Р = 1,5 мм). Області застосування інших типів різьблень обмежені спеціальними конструкціями.
Кріпильні деталі і типи з'єднань. Найбільшого поширення серед різьбових деталей отримали кріпильні болти, гвинти, шпильки, гайки і вставки. За допомогою цих деталей утворять більшість рознімних сполученні в конструкціях.
8,3
Рисунок 19 - Основні типи різьбових з'єднань
Болт (у соответстівіі з малюнком 19, а) і гвинт (у соответстівіі з малюнком 19, б) - стержень з головкою і одним різьбовим кінцем. Шпилька (малюнок 19, в) має два різьбових кінця. Вставка (в соответстівіі з малюнком 19, р ). Гвинт з різьбової втулкою (в соответстівіі з малюнком 19, д).
Вибір типу з'єднання визначається міцністю матеріалу деталей, що з'єднуються, частотою збирання та розбирання з'єднання в експлуатації, а також особливостями конструкції і технології виготовлення деталей, що з'єднуються.
З'єднання болтом застосовують тільки при наявності доступу до гайки і голівці болта для скріплення деталей порівняно невеликої товщини (наприклад, при наявності спеціальних пасків або фланців), а також при багаторазовій розбирання та збирання з'єднань. В останньому випадку (особливо при великій товщині деталей, що з'єднуються) перевага віддається також сполукам гвинтом або шпилькою.
З'єднання гвинтом і шпилькою застосовують для скріплення деталей при наявності доступу монтажного інструменту лише з одного боку (до гайки). Область застосування сполук гвинтом в силових конструкціях обмежена, перевагу надають сполукам шпилькою. Шпильки фіксують (стопорять) у корпусних деталі (посадкою на різьбі з натягом, загвинчуванням на стік різьблення, за допомогою клею і т. д.) для запобігання вигвинчування їх при відгвинчування гайок.
Вставки застосовують в основному для підвищення зносостійкості різьблення в корпусах з матеріалів з невисокою міцністю, а також для підвищення міцності з'єднань.
Різьбові втулки використовують переважно в корпусах з композиційних матеріалів.
Для запобігання пошкодження поверхонь деталей, що з'єднуються при закручуванні гайок під них підкладають шайби.
Конструктивним різноманітністю відрізняються стрижні болтів (гвинтів). Поряд із звичайною (в соответстівіі з малюнком 20), найбільш поширеною формою болта (а) застосовують інші конструкції. Болт (б) на відміну від попереднього має діаметр стрижня трохи більше зовнішнього діаметра різьби. Такі болти встановлюють в отвори корпусів без зазору. У ряді відповідальних з'єднань для збільшення податливості при міняють порожнисті болти (в). Болти на (г і д) мають центрирующие пояски під головками, а пасок посередині (д) призначений для гасіння вібрацій стрижня.
8,4
Рисунок 20 - Конструктивні форми стержнів болтів
Форми головок болтів (у соответстівіі з малюнком 21) і гайок також різноманітні, вибір їх для практичного використання визначається переважно умовами роботи сполук, технологією виготовлення кріпильних деталей і їх складанням.
8,5
Рисунок 21 - Конструктивні форми головок болтів (гвинтів)
Для фіксування деталей на валах, осях і ін застосовують настановні гвинти з різьбою по всій довжині стрижня і наполегливою наконечником.
Основні матеріали болтів (гвинтів), шпильок і гайок і їх механічні характеристики нормовані ГОСТ 1759-82.
Для болтів, гвинтів і шпильок з вуглецевих і легованих сталей встановлено 12 класів міцності, а для гайок - сім і відповідні їм рекомендовані марки сталей.
Вибір матеріалу визначається умовами роботи. І технологією виготовлення. Стрижні болтів у масовому виробництві виготовляють з пластичних сталей 10, 15, 15Х, 16ХСН та ін на автоматах методом холодної висадки, різьблення на болтах накочують.
Для захисту кріпильних деталей з вуглецевих сталей від корозії на них наносять окисні плівки або гальванічні покриття (Цинкове, кадмієві, фосфатне, мідне і ін.) Товщина покриттів вибирається залежно від кроку різьби і має наступні значення: 3-6 мкм для кроку до 0,4 мм , 6-9 мкм - для кроку 0,4 - 0,8 мм та 9-12 мкм для кроку понад 0,8 мм .
Розрахунок різьбових з'єднань. Розрахунок різьбового з'єднання включає в себе зазвичай дві пов'язані між собою завдання: оцінку міцності з'єднання і оцінку щільності стику.
Міцність з'єднання визначається, як правило, міцністю болта (шпильки), і для її оцінки необхідно знати напруги в перетині з найменшою площею.
У випадку, коли зовнішнє навантаження на болт змінюється циклічно від 0 до F, амплітуда змінних напружень в перетині по внутрішньому діаметру різьби

і середня напруга

Практика та експериментальні дослідження показали, що міцність затягнутих різьбових з'єднань при змінному навантаженні визначається її амплітудою ; чим менше , тим більше довговічність і ресурс роботи сполук. Тому одна з найважливіших завдань конструктора різьбового з'єднання - домогтися зниження зовнішнього навантаження на болт (шпильку).
Правило конструювання різьбового з'єднання: жорсткі фланці податливі болти.
Щільність стику визначається залишковою силою в стику. Зовнішня навантаження F зменшує силу на стику деталей до значення

Якщо сила на стику стане рівною нулю, то стик розкриється і вся зовнішня навантаження буде сприйматися болтом, що небезпечно для його міцності.
Для запобігання розкриття стику повинна дотримуватися умова F з> 0; тоді мінімальна сила затягування

Зазвичай призначають

де ν - запас по щільності стику дорівнює 1,25-2 для постійних навантажень; 2,5-4 для змінних навантажень.
Для герметизації стиків застосовують плоскі прокладки з гуми, картону, алюмінію, міді та інших м'яких матеріалів, пружні кільця, герметики і т. д. Герметичність стиків і з'єднань перевіряють течєїськателі та іншими способами.
Таким чином, сила попереднього затягування визначається зовнішнім навантаженням.
Допустима напруга затягування σ 0 = F 0 / A 1 ≤ 0,8 σ T де σ T - Межа текучості матеріалу болта. Зазвичай призначають σ 0 = (0,4? 0,7) σ T.
Для того щоб з'єднання працювали в розрахункових силових умовах, необхідно контролювати затягування сполук.

14. З'єднання з натягом
З'єднання деталей машин з натягом - різницею посадочних розмірів - здійснюють за рахунок їх попередньої деформації. За допомогою натягу з'єднують зазвичай деталі з циліндричними і рідше конічними поверхнями контакту.
З'єднання деталей з натягом представляє собою спряження, в якій передача навантаження від однієї деталі до іншої здійснюється за рахунок сил тертя на поверхнях контакту, що утворюються завдяки силам пружності. Внаслідок цього з'єднання має нежорстку фіксацію деталей в осьовому і окружному напрямках.
9,1
Рисунок 22 - З'єднання з натягом вінця черв'ячного колеса з центром (а) і шарикопідшипника з валом (б)
З'єднання використовують порівняно часто для посадки на вали і осі зубчатих коліс, шківів, зірочок і ін
Два способи з'єднання:
1) При складанні механічним способом охоплювану деталь з допомогою преса встановлюють у охоплює деталь або навпаки. Цей спосіб використовується при порівняно невеликих натягу.
2) Тепловий спосіб з'єднання застосовується при великим натягом і здійснюється шляхом нагрівання охоплює деталі до температури 300 ° С в масляній ванні або охолодження в рідкому азоті охоплюваній деталі. Вибір способу залежить від співвідношення мас і конфігурації деталей.
В даний час поширені так звані термомеханічні з'єднання елементами з пам'яттю форми. Це властивість властива сплавів, що зазнають оборотне мартенситне перетворення, і характеризується як здатність матеріалу, деформованого в мартенситних стані, повністю або частково відновлювати свою форму в процесі подальшого нагріву.
Для конструкційних елементів з пам'яттю форми використовують нікель титановий сплав з температурами мартенситного перетворення -80? -150 ° С і відновлення форми -140? -60 ° С. Сплав практично повністю відновлює задану деформацію і розвиває напругу в умовах протидії процесу формовосстановленія до 200-400 МПа.
Для попередження швидкого нагріву деталь встановлюють монтажними кліщами, губки яких або виготовляють з матеріалу з більшою теплоємністю, наприклад, міді, або мають бавовняний вкладиш, всмоктуючий рідкий азот. Допускається складання такими кліщами протягом 2-3 хв.
Нагрівання деталі теплотою навколишнього середовища призводить до відновлення її колишніх розмірів і освіти натягу.
Переваги з'єднань з натягом очевидні: вони порівняно дешеві та прості у виконанні, забезпечують хороше центрування сполучених деталей і можуть сприймати значні статичні і динамічні навантаження. Області застосування таких сполук безперервно розширюються.
Недоліки сполук: висока трудомісткість складання при великим натягом; складність розбирання і можливість пошкодження посадочних поверхонь при цьому; висока концентрація напружень, схильність до контактної корозії через неминучі осьових мікросмешеній точок предметів поблизу країв з'єднання і, як наслідок, знижена міцність з'єднань при змінних навантаженнях ; відсутність жорсткої фіксації деталей.
Розрахунок з'єднань і підбір посадки.
Основне завдання розрахунку полягає у визначенні потрібного натягу і відповідної йому посадки за ГОСТ 25347-82 для передачі заданої зсувне навантаження від обертаючого моменту або осьової сили.
Можливі випадки, коли посадка не може бути реалізована в конструкції за умовами міцності (зазвичай охоплює деталі).
Тому при проектуванні з'єднань повинні бути забезпечені як вимоги взаємної нерухомості деталей з'єднання, так і умови міцності деталей.
Умова нерухомості деталей з'єднання. Висловлює собою математично рівняння рівноваги: ​​при передачі зовнішнього навантаження з'єднуються деталі повинні бути взаємно нерухомі.
9,2
Рисунок 23 - Розрахункова схема з'єднання з натягом
Розглянемо з'єднання з натягом деталей 1 (у відповідності з рисунком 23) і 2 при дії зсувне сили, наприклад, осьовий F а. Взаємне зміщення деталей у з'єднанні обмежено деформаціями за рахунок сил зчеплення, які виникають завдяки контактним напруженням q від натягу.
Якщо прийняти, що віднесена до площі контакту сила тертя τ пропорційна контактній напрузі q між сполученими деталями, то

де f - коефіцієнт тертя.
Умова взаємної нерухомості деталей з'єднання при дії зсувне навантаження набуде вигляду

де d і l - діаметр і довжина посадочної поверхні.
Введемо в розгляд номінальні контактні напруги
; Тоді

З нерівності випливає, що навантажувальна здатність з'єднання визначається номінальними контактними напруженнями і станом контактуючих поверхонь. Напруження залежать від натягу в з'єднанні і умов роботи.
Деталі з'єднання будуть взаємно нерухомими, якщо середні контактні напруги

де k - коефіцієнт запасу зчеплення, враховує можливе розсіювання значень коефіцієнтів тертя, похибки у формі контактуючих поверхонь і вигин деталей, що ослабляють їх зчеплення.
Для сполук, схильних до вигину, наприклад, з'єднань валів і зубчастих коліс редукторів, приймають значення k = 3,0? 4,5, знижуючи таким чином схильність з'єднань до фреттинг-корозії. В інших випадках k = I, 5? 2,0. Значення коефіцієнта зчеплення у формулі слід приймати мінімальним з або встановлювати експериментально.
Навантажувальна здатність з'єднання може бути збільшена також за рахунок підвищення коефіцієнта тертя між деталями. Ефективним виявляється осадження на поверхні вала тонкого шару з частинок карбіду бору В 4 С або карбіду кремнію SiC. Такий шар підвищує коефіцієнт тертя у з'єднанні з натягом до 0,7 завдяки ефекту мікрозацепленія і, як наслідок, у кілька разів збільшує навантажувальну здатність з'єднання при незмінному натяг.
9,3
Рисунок 24 - Зовнішні сили діють на з'єднання
Зсувна сила може бути осьовий, т. е.

або окружної (тангенціальною), т. е.

При спільній дії осьової сили і обертаючого моменту приймають

Рівняння виражає зв'язок зовнішніх і внутрішніх силових факторів. Для вирішення завдання слід висловити контактні напруги через зміщення точок деталей.
Умова спільності переміщень пов'язаних деталей. Припустимо, що охоплює деталь 2 запресована на охоплювану деталь 1. Тоді в результаті деформації точки поверхонь деталей 1 і 2 отримають радіальні переміщення u 1 і u 2, а радіальний натяг δ буде скомпенсований цими переміщеннями, тобто

де Δ = d В - d А - діаметральний натяг деталей.
Рівняння відображає геометричну сторону завдання. Для її вирішення необхідно висловити зміщення в рівнянні через контактні напруги.
Зв'язок зміщень і контактних напружень у з'єднанні. Контактні напруги q в загальному випадку розподілені по довжині з'єднання   істотно нерівномірно, так як рівномірної деформації перешкоджають виступаючі частини деталей. Зв'язок зміщень і контактних тисків має вигляд

де - Функція впливу, що показує переміщення точок контакту в перетині z = с від одиничної радіальної сили, прикладеної в перерізі z = ζ; i = 1, 2 - номер деталі.
Значення функції λ можна отримати розрахунком.
У попередньому розрахунку вважають, що контактні напруги однакові у всіх точках поверхонь контакту. Це еквівалентно допущенню про сполученні двох циліндрів однакової довжини.
9,4
Рисунок 25 - Розрахункова схема з'єднання з натягом
Задача про сполученні з натягом двох товстостінних циліндрів нескінченної довжини розглянута в опорі матеріалів. Встановлено, що радіальні переміщення точок контакту
;
де λ 1 і λ 2 - коефіцієнти радіальної податливості деталей 1 і 2; q н - Номінальна контактне напруження.
Зсув u 1 вважають негативним, так як воно відбувається в напрямку, протилежному напрямку осі r.
Співвідношення відображають фізичну сторону завдання. Коефіцієнти радіальної податливості залежать від радіальних розмірів та матеріалів деталей:

де d - посадковий діаметр; Е 1, ν 1 і Е 2, ν 2 - модуль пружності і коефіцієнт Пуассона відповідно для охоплюваній і охоплює деталей; d 1 - діаметр отвору в охоплюваній деталі; d 2 - зовнішній діаметр охоплює деталі.
Враховуючи рівність, нескладно отримати:

Відзначимо, що натяг Δ в рівності є розрахунковим і відповідає різниці посадочних діаметрів деталей з ідеально гладкими поверхнями.
Розрахунок необхідного натягу. Розрахункове значення натягу, що забезпечує передачу з'єднанням зовнішньої зсувне навантаження, нескладно знайти, з співвідношень:

Розрахунковий натяг Δ приймають як мінімального необхідного натяг а Δ * (т. e. Δ = Δ *) при тепловому способі збирання.

Де u R - поправка на обмятіе шорсткостей, мкм; u R = 5,5 (Ra 1 + Ra 2) = 1,2 (Rz 1 + Rz 2); Ra 1 і Ra 2, Rz 1 і Rz 2 - параметри шорсткостей деталей.
Якщо з'єднання працює при підвищеній температурі, то ослаблення натягу за рахунок нагріву враховують поправкою на температурну деформацію:

де α 1 і t 1 відповідно коефіцієнт лінійного розширення і робоча температура охоплюваній деталі; α 2 і t 2 - Те ж, що охоплює деталі.
У з'єднаннях Швидкообертаюча деталей також відбувається «втрата» натягу
де ρ - щільність матеріалу; ν - коефіцієнт Пуассона матеріалу деталі; ω - кутова швидкість.
При кутовий швидкості

натяг в з'єднанні зникне (q н = 0).
З урахуванням цих зауважень мінімальний необхідний натяг: при тепловому способі збирання

при механічному способі збирання

Значення мінімального необхідного натягу, що визначається умовами навантаження і збірки, використовується для підбору мінімального натягу посадки (табличного натягу) N min:

Тип посадки за ГОСТ 25347-82 задається мінімальним N min і максимальним N mах табличними натягом. Для його призначення необхідно встановити також найбільше допустиме значення натягу, визначається умовами міцності.
9,5
Рисунок 26 - Напруга в поперечному перерізі з'єднання
Розрахунок макcимально натягу. Натяг викликає в деталях радіальні σ r і окружні σ θ напруги (відповідно з малюнком 26).
Напруження в охоплюваній деталі (валі)

Напруження в охоплює деталі (ступиці)

де d * - діаметр перетину, в якому обчислюють напруги.
Розподіл напружень у поперечному перерізі деталей з'єднання. Найбільші напруги виникають у внутрішній поверхні охоплює деталі (d * = d); тут
;
Умова відсутності пластичних деформацій з теорії максимальних дотичних напружень

де - Межа текучості матеріалу деталі.
Практика показала, що невеликі пластичні деформації в контакті не знижують працездатності сполук, тому в розрахунку максимального допустимого контактного напруги приймають , Звідки

і відповідний найбільший розрахунковий натяг

Найбільший допустимий натяг Δ * max при тепловому способі збирання дорівнює розрахунковому, тобто Δ * max = Δ max, а при механічному - Δ * max = Δ max + u R.
За умовами міцності Δ * max ≥ N max, де N max - максимальний табличний натяг посадки.
Зменшення внутрішнього діаметра охоплюваній деталі

і збільшення зовнішнього діаметра охоплює деталі

Сила запресовування

Якщо , То , Де - Найбільша зсуває навантаження. При цьому найменша корисна зсуває навантаження

При визначенні і для з'єднань, виконаних механічним способом, необхідно з табличних значень натягу N max і N min відняти значення u R
Різниця температур, необхідна при тепловому способі збирання (нагрівання або охолодження),

де   - Зазор між деталями при складанні, мкм.
Табличні натяг. Кожній стандартній посадці з натягом (ГОСТ 25347 - 82) відповідають певні значення мінімального N min і максимального N max натягов - табличні натяг. Для побудови таблиць використовують два методи розрахунку натягов і відповідно до них натяг називають граничними і імовірнісними.
Граничні натяг визначаються відхиленнями отворів і валів. При посадці по системі отворів

де ES і es - верхнє відхилення відповідно отвору і валу; ei - нижнє відхилення вала.
Отримані таким чином натяг називають імовірнісними. При нормальному законі розподілу розмірів

де N m - Середній натяг; u р - Квантиль нормального розподілу; S N - Середнє квадратичне відхилення табличного натягу.
Середній натяг визначається середніми значеннями відхилень

де ; ;
Td і TD - допуски відповідно основного отвору і валу.
Середнє квадратичне відхилення табличного натягу

де
Квантиль нормального розподілу u р приймає наступні значення в залежності від імовірності Р незруйнованою з'єднання:
P 0,5 0,9 0,95 0,97 0,99 0,995 0,997 0,999
u р 12 1,28 1,64 1,88 2,33 2,58 2,75 0,1
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Реферат
165.2кб. | скачати


Схожі роботи:
Неруйнівний контроль вузлів і деталей
Методика конструювання вузлів і деталей гвинтового підйомника
Неруйнівний контроль та діагностування вузлів і деталей у вагонному господарстві
Неруйнівний контроль вузлів і деталей системи технічного діагностування
Вибір допусків і посадок на гладкі елементи деталей машинобудівних вузлів
Проектування деталей машин
Технологія механічної обробки деталей машин
З`єднання оптичних деталей
Фактори що впливають на знос деталей грунтообробних машин
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru