Занятие 31. Клеевые соединения Достоинства, недостатки, область применения

Неразъемные соединения, получаемые методом склеивания деталей из однородных или неоднородных материалов (стали, чугуна, алюми­ния и его сплавов, меди, латуни, стекла, мрамора, пластических масс, синтетических материалов, тканей, резиновых изделий, кожи и т. д.), находят все большее применение в решении производственно-тех­нических задач конструирования и создания новых, наиболее про­грессивных технологических процессов.

Склеивание деталей из металлических материалов, а также из материалов органического и неорганического происхождения стало возможным благодаря трудам советских ученых, разработавшим методы получения универсальных клеев.

В 1936 г. в Институте органической химии им. Н. Д. Зелин­ского под руководством проф. И. Н. Назарова были разработаны методы получения различных марок карбинольного клея путем кон­денсации винилацетилена с кетонами в присутствии порошкообраз­ного едкого калия. Проф. Г. С. Петровым, А. А. Пешехоновым и группой их сотрудников была разработана методика получения универсальных клеев типа БФ, представляющих собой спиртовые растворы модифицированных смол.

В настоящее время имеется более 100 различных марок клеев с различными физико-химическими свойствами.

Достоинства клеевых соединений. 1. Коррозионная и бензомас-лостойкость. 2. Уменьшение массы конструкции по сравнению с дру­гими видами неразъемных соединений. 3. Невысокая концентрация напряжений в месте соединения. 4. Возможность соединения прак­тически любых встречающихся в промышленности конструкцион­ных материалов, однородных и неоднородных. 5. Возможность со­единения деталей практически любой толщины при любой форме сопрягающихся поверхностей. 6. Герметичность и достаточная на­дежность соединения. 7. Высокая усталостная прочность, превос­ходящая в ряде случаев прочность паяных и сварных соединений. 8. Отсутствие коробления соединяемых деталей. 9. Значительно меньшие, чем при сварке и клепке, трудовые затраты на единицу продукции. 10. Прочность и плотность соединения обеспечиваются хорошей зачисткой склеиваемых поверхностей и сдавливанием их при температурах от 15 до 100 °С с последующей выдержкой от нескольких минут до нескольких часов.

Недостатки клеевых соединений. 1. «Старение», т. е. снижение проч­ности соединения с течением времени (некоторые клеи обладают высокой устойчивостью против «старения»). 2. Низкая теплостой­кость—прочность соединения нарушается при сравнительно невы­соких температурах 60...100°С (В последнее время созданы неко­торые марки клеев на основе элементоорганических и неорганических полимеров, удовлетворительно работающих при t ^ 1000 °С. Однако большинство из них не обладает достаточной эластичностью. Это и ограничивает возможности их применения.) 3. Невысокое сопро­тивление растяжению и сдвигу, особенно в случае неравномерного отрыва. 4. Необходимость тщательной зачистки и пригонки склеи­ваемых поверхностей.

Несмотря на перечисленные недостатки, области применения клеевых соединений в народном хозяйстве и промышленности с каж­дым годом расширяются: производство электро- и радиооборудова­ния, оптическая, мебельная и деревообрабатывающая промышлен­ность, авиация, изготовление режущего и измерительного инстру­мента, строительство, крепление арматуры, изготовление оснастки и т. д. В радиотехнической и электронной промышленности прихо­дится выполнять большой объем работ, связанных с паянием и сваркой. Однако многие металлы не паяются и не свариваются, а большинство полупроводниковых материалов не выдерживает высо­ких температур, развиваемых при этих процессах. Целесообразность соединения таких материалов с помощью клея очевидна. Однако обычные клеи не проводят электрический ток и, следовательно, непригодны для соединения деталей —проводников электрического тока. Чтобы клей проводил электрический ток, в него добавляют порошкообразное серебро или порошкообразные частицы посереб­ренного металла.

• В настоящее время на основе жидких эпоксидных смол выпус­кают десятки марок клеев, содержащих серебро. Эти клеи кроме способности проводить электрический ток после затвердевания обладают и рядом других преимуществ: они универсальны —склеи­вают практически все металлы и полупроводники; из-за неприме­нения летучих растворителей усадка клея незначительна; в присут­ствии специальных катализаторов они могут затвердевать при комнатной температуре.

Расчет клеевых соединений

Расчет нахлесточных клеевых соединений (рис. 272... 274), растя­гиваемых или сжимаемых силой Q, производят на срез (сдвиг) по уравнению

t_cp = Q/5_cp<[t_cp]. (238)

Здесь S_cp — площадь среза; [т_ср] = т_в/[/г]—допускаемое касательное г

г

3i

"Ж

напряжение для клея; т_в — предел прочности клея при сдвиге табл. П57.

Р асчет стыковых клеевых соединений (рис. 275, 276), растяги­ваемых или сжимаемых си­лой F_a, производится на растяжение (сжатие) по урав­нению

^{*р —*VSp<№ (239)}

-большие зна-

Здесь S_p—площадь стыка склеиваемых деталей; [o_v]=^ =а_в/[/г]—допускаемое напря­жение растяжения (сжатия) для клея; ст_в см. в табл. П57; [п] =* 1,2 ... 1,5 — допускае­мый коэффициент запаса прочности, зависящий от температуры и характера нагружения (при повышен­ной температуре и в ответственных конструкциях-чения).

Примеры расчета и конструирования неразъемных соединений

Задача 68. Рассчитать клеевое нахлесточное соединение двух листов из дюр­алюминия и латуни (см. рис. 272), если: a) Q=2 кН, 6 = 200 мм; б) Q=3,5 кН, 6=250 мм г

Решение, а) 1. Для заданного соединения назначаем клей группы БФ и опре­деляем допускаемое напряжение сдвига (среза), принимая [я] = 1,4 и т_в = 8МПа (см. табл. 1157):

[т_ср] = т_в/[п]=8/1,4 = 5,71 МПа. 2. Из уравнения прочности

T_Cp=Q/S_Cp=Q/(&0<[T_Cp] определяем длину клеевого шва:

Q/(b [т_ср]) = 2-10³/(200«10*³.5,71 • 10^е) = 0,175 м.

При применении карбинольного клея можно уменьшить длину шва, так как он лучше сопротивляется сдвигу (примерно в два раза, см. табл. П57).

Задача 69. Рассчитать стыковое клеевое соединение (см. рис. 275 и 276), если: a) F_a = lS кН, s = 5 мм; б) ^_л = 6,5 кН, s = 3 мм.

Решение, а) 1. Для заданных соединений назначаем клей группы БФ (этот клей лучше сопротивляется разрыву, чем карбинольный, см. табл. П57) и опре­деляем допускаемое напряжение при растяжении, принимая tf_B(p) = 24 МПа и [л] = 1,4:

[ар1 = а_в(р)/[л] = 24/1,4=17,1 МПа. 2, Для соединения, изображенного на рис. 275, из уравнения прочности a_p=F_tf/S_p = 4^/(3td?)<[a_p] определяем диаметр торца цилиндрического стержня:

d^z У 4F_a/(n [a_p]) = j/4-13-10³/(я-17.10°)= 1^968.10~^e = 31,Ы0-3 м, принимаем 4=32 мм.

Для соединения, изображенного на рис. 276,

a_v=FJS_p=4FJ[n [z>2-(D„-2s)²]} < [а_р], 4F_e/[n(4D„s— 4s*)]<[o_P].

^F.+ bfW_£. _{+S =} 2^L_{+5 = 4}8,₅₊5 = 53.5 мм. ns[a_p] ns[p_p] ¹ л>5-17,1

По таблице справочника для бесшовных горячекатаных стальных труб (ГОСТ 8732—78) принимаем D_H = 54 мм.

Задача 70. Используя рис. 277, рассчитать и сконструировать заклепочное соединение, а также сварное и клеевое соединения, равнопрочные заклепочному.

fa

Рис. 276

_{1 /}

	i г

Л

Рис. 275

Определить экономию металла при замене заклепочного соединения сварным, если С =-200 мм, 6 = 12 мм, профиль уголка 70 x 70 X 6.

Указания. Из расчета заклепочного соединения определите 4=10мм, <f₀ = ll мм, [Q] = 171 кН, 0,5/7 = 20 мм, е = 20 мм, ^ = 45 мм и сконструируйте его (рис. 278, а).

По Q = 171 кН выполните расчетно-конструктивное решение сварного и клее­вого соединений (рис. 278, а, в).

Литература: [3, 4, 6, 11]; задачи 3.2, 3.6, 4.10, 4.11, 4.12 [12].

Вопросы для самопроверки. 1. Укажите основные достоинства и недостатки ваклепочных соединений и область их применения. 2. Каковы основные типы ваклепок и как образуется заклепочный шов? 3. Как классифицируют закле­почные швы? 4. Почему расчет заклепочного соединения на прочность называют условным? 5. На какие виды деформаций рассчитывают заклепки и соединяемые детали? 6. Из каких условий установлены соотношения между пара­метрами заклепочного шва? 7. При расчете заклепочного соединения требуемое число заклепок из расчета на срез равно 5, а из расчета на смятие боковых поверхностей заклепок и соединяемых деталей—4. Какое число заклепок и почему следует принять для данного шва? 8. Диаметр заклепки увеличен в два раза. Как изменятся расчетные напряжения среза и смятия? 9. Можно ли стальные детали соединять медными, а медные—алюминиевыми заклепками? 10. Перечислите и кратко охарактеризуйте основные виды сварки. 11. Каковы достоинства, недо­статки и область применения сварных соединений? 12. Какими преимуществами обладает сварной шов по сравнению с заклепочным? 13. Укажите основные виды

сварных соединений. Какой из них рациональнее и почему? 14. Как рассчиты­вают сварные соединения при осевом нагружении соединяемых деталей? 15. Почему не рассчитывают швы угловых соединений? 16. Как выбирают допускаемые на­пряжения при расчете сварных соединений? 17. Каковы достоинства, недостатки и область применения клеевых соединений? 18. В каких случаях и почему вместо более экономичных сварных и клеевых соединений применяют заклепочные?

94. В каких случаях клеевое соединение рациональнее и экономичнее сварного?

95. Укажите основные виды клеевых соединений и поясните методы их расчета.

Занятие 32. МУФТЫ