1. Неразъемные соединения, разновидности, расчеты.

Неразъемными называют соединения, которые невозможно разобрать без разрушения или повреждения деталей. К ним относятся заклепочные, сварные, клеевые соединения, а также соединения с гарантированным натягом. Неразъемные соединения осуществляются силами молекулярного сцепления (сварка, пайка, склеивание) или механическими средствами (клепка, вальцевание, прессование)

1.11 Соединения сваркой

Сварка позволяет получить неразъемное соединение элементов конструкции из одинаковых или сходных по своим свойствам материалов путем образования прочных связей непосредственно между атомами соединяемых материалов.

Сварные соединения деталей могут быть выполнены двумя способами: сваркой плавлением или сваркой давлением.

При сварке деталей плавлением поверхность их разогревается до температуры плавления, в шов вводится присадочный материал, по химическому составу близкий к материалу деталей, который и заполняет шов.

Сварка давлением осуществляется без применения присадочного материала. Материал деталей в зоне сварки разогревается до пластичного состояния, а детали снимаются. Различные виды сварки стандартизированы. По виду свариваемых элементов сварные швы делятся на тавровые, угловые, стыковые и соединения внахлестку. Кроме этого сварные швы отличаются по форме подготовки кромок: со скосом одной или двух кромок, с отбортовкой и т.д.

Прочность сварного соединения зависит от качества основного материала, определяющего его способность к свариванию, от совершенства технологического процесса сварки и от характера действующих нагрузок (постоянные и переменные).

Допускаемые напряжения в сварных швах при статической нагрузке определяют в зависимости от допускаемых напряжений на растяжение σ_p для основного металла:

- при растяжении

σ_p=σ_т/k,

где k - коэффициент запаса прочности, принимаемый обычно равным 1,4-1,6 к допускаемым напряжениям на основной металл;

- при сжатии

σ_cp=σ_p

- при срезе

τ_p=(0,5-0,6)σ_p

В зависимости от вида сварного соединения и сварки принятые допускаемые напряжения для сварных швов понижаются путем умножения их на коэффициент φ.

Для каждого вида сварки производится все возможные расчеты зависящие от множества характеристик и факторов.

1.12 Паяное соединение

Пайка представляет собой процесс соединения металлических материалов при помощи расплавленного дополнительного материала - припоя, вводимого в зону соединения деталей. Пайку широко применяют в электро- и радиотехнике. В некоторых случаях пайка экономичнее сварки, т.к. требует меньшего нагрева металла, не изменяет его свойств и не приводит к деформации. Для обозначения пайки применяют условный знак в виде полуокружности, открытой сверху, его наносят на наклонном участке линии-выноски. Швы, получаемые пайкой, изображают условно по ГОСТ 2.313-68.

Припой - металл или сплав, который вводят в зазор между соединяемыми деталями. Оловянно-свинцовые припои являются легкоплавкими, а серебряные -тугоплавкими. Обозначение припоя указывают в технических требованиях.

Расчет на прочность паяных соединений производят на сдвиг методами сопротивления материалов. Надо учитывать, что в нахлёстанном соединении площадь расчетного сечения равна площади контакта деталей. Для нахлёстанных соединений деталей из низкоуглеродистой стали, полученных оловянно-свинцовыми припоями (ПОС40), допускаемое напряжение на сдвиг [τ]_с=60 Н/мм².

1.13 Соединения склеиванием

Склеиванием называют процесс получения неразъемных соединений за счет соединения клеем.

Клеевые швы изображают по ГОСТ 2.313-68 на видах и разрезах сплошной линией толщиной 2 5. К этой линии подводят линию-выноску, на которой уста­новлен знак "К", который наносят на наклонном участке линии-выноски. Все рекомендации по обозначению клеевых соединений аналогичны паяным соединениям. Для склеивания используют различные клеи:

1. фенолполивинилацетатные, ГОСТ 12172-74 (БФ-2, БФ-4, БФ-6);

1. бакелитовый, ГОСТ 901-71;

1. клей №88 ТУМХП1542-49 и др.

Обозначение клея указывают в технических требованиях.

Расчет клеевых соединений на прочность. Соединения внахлестку. При действии растягивающей или сжимающей силы F расчет производят на сдвиг (срез) по формуле

где τ_сд и [τ]_сд — расчетное и допускаемое напряжения на сдвиг; F — нагрузка, действующая на соединение; А_сд— площадь сдвига (среза).

1.14 Соединения заклепками

Это неразъемные соединения, они получаются при помощи расклепывания или развальцовки отдельных заклепок, или цапф, имеющихся на одной из деталей и выполняющих роль заклепки. При склепывании детали сильно сдавливаются, таким путем между ними возникает трение, препятствующее их взаимному сдвигу. Конструкции, рассчитанные на большие силовые нагрузки, выполняются горячим способом, сжатие деталей происходит главным образом за счет сокращения длины заклепки при ее остывании. В конструкциях радиотехнических изделий сжатие соединяемых деталей производится в основном ударами или давлением при образовании головки заклепки.

Развальцевать

Заклепка или цапфа при расклепывании осаживается, благодаря чему заклепочное отверстие заполняется материалом заклепки или цапфы. Заклепка представляет собой цилиндрический стержень, снабженный на одном конце головкой. Диаметр заклепки зависит от толщины соединяемых листов. Его определяют расчетом.

Заклепывание обычно осуществляется ударами и силам этих ударов подвергаются соединяемые детали. Поэтому детали из хрупких материалов не удается надежно соединить заклепками, а развальцовку приходится делать очень осторожно. Заклепки в этом случае следует применять из материалов с большой пластичностью (латунь, алюминий). Соединение эластичных материалов требует специальных форм заклепок или металлических прокладок.

В тех случаях, когда соединения не подвержены воздействию значительных усилий при сдвиге и растяжении применяются пустотелые и полупустотелые заклепки. Швы клепочных соединений располагают в один и большее число рядов в зависимости от чего их называют однорядными, двухрядными и т.д. В многорядных соединениях заклепки располагают параллельными рядами или в шахматном порядке.

Добавить расчет заклепок

1.2 Резьбовые соединения, разновидности, расчеты.

Резьбовые соединения - разъемные, собираемые с помощью резьбовых крепежных деталей. Основные термины и определения резьб и резьбовых соединений стандартизованы.

Резьба – поверхность, образованная при винтовом движении плоского контура по цилиндрической или конической поверхности.

Применяется

- для устранения возможности перемещения соединяемых деталей;

- для удержания деталей на определенном расстоянии друг от друга;

- для обеспечения плотности стыка соединяемых деталей;

- для осуществления поступательного движения (пресса, домкраты, ходовые винты);

- для получения точных относительных перемещений (регулировочные винты).

Рис.1

Достоинства и недостатки резьбовых соединений

Резьбовые соединения имеют ряд существенных достоинств:

- высокая надёжность;

- удобство сборки-разборки;

- простота конструкции;

- дешевизна (вследствие стандартизации);

- технологичность;

- возможность регулировки силы сжатия.

Недостатки резьбовых соединений:

- концентрация напряжений во впадинах резьбы;

- низкая вибрационная стойкость (самоотвинчивание при вибрации).

Классификация резьбовых соединений

Основные типы резьб, их сравнительная характеристика и область применения.

Резьбовые (разъемные) соединения выполняют с помощью резьбовых крепежных деталей — болтов (рис.2), винтов, шпилек, резьбовых муфт, стяжек и т. п.

На рис. 2 деталь 1 — резьба цилиндри­ческая, наружная; деталь 2 — резьба цилинд­рическая внутренняя.

Рис. 2. Болт и гайка

 

Профиль резьбы - это контур сечения витка резьбы в плоскости, проходящей через ось основной поверхности. По форме профиля резьбы бывают: треугольные – метрические; трубные; дюймовые; трапецеидальные; круглые; прямоугольные.

По шагу резьбы разделяются на основные и мелкие. Мелкие резьбы для тех же диаметров имеют меньший шаг того же профиля, что и в основной резьбе. Применение мелких резьб меньше ослабляет сечение деталей и благодаря меньшему углу спирали нарезки лучше предохраняет соединение против самоотвинчивания.

Для диаметров свыше 20 мм уже обычно применяются мелкие резьбы.

При завинчивании гайки (рис.44) к ключу прикладывают вращающий момент

T_кл=F_кл∙L_р,                                                                                           (1)

где F_кл — усилие на конце ключа; L_p — расчетная длина ручки ключа.

Рис.44. К расчету момента на ключе

 

Момент движущих сил равен сумме моментов сил сопротивления, т. е.

T_кл=T+T_T,                                                                                              (2)

где Т — момент в резьбе; Т_T — момент сил трения на опорном торце гайки. Момент в резьбе определяют по формуле

где F₃ — сила затяжки болта (осевая сила, растягивающая болт); Ψ— угол подъема винтовой линии; d₂ — средний диаметр резьбы; φ’ — приведенный угол трения.

Момент сил трения на опорной поверхности

Здесь f≈0,15- коэффициент трения между поверхностью гайки (головки) и детали; D — диаметр захвата гаечного ключа (опорного торца гайки); d₀=d₁+(1÷1,5) мм — диаметр отверстия в детали под болт.

Подставляя полученные выражения Т и Т_T в формулы (1) и (2) для момента завинчивания, получим момент на ключе

Длина стандартных ключей: L = 15d при f≈0,15;  F_з/F_к=70÷80.

КПД винтовой пары

КПД винтовой пары η определяется отношением работы, затраченной на завинчивание гайки без учета трения, к той же работе с учетом трения. Работа завинчивания равна произведению момента завинчивания на угол поворота гайки. Так как углы поворота равны и в том и в другом случае, то отношение работ равно отношению моментов  , в котором T_зав определяется по формуле, а   – по той же формуле, но при f=0 и φ=0:

Учитывая потери только в резьбе (f_Т = 0), найдем КПД только винтовой пары:

Расчет резьбы по напряжению смятия.

Условие прочности витка резьбы по смятию:

а) для гайки

б) для винта

где F - осевая сила, действующая на болт, d₂ - средний диаметр резьбы, h - высота витка, z - число витков резьбы в гайке, [σ]_смв - допускаемое напряжение смятия материала винта, [σ]_смг - допускаемое напряжение смятия материала гайки.

 

Расчет резьбы по напряжению среза.

Проверочный расчет. Условие прочности

τ_ср≤[τ]_ср,

где τ_ср — расчетное напряжение среза в резьбе; [τ]_ср — допускаемое напря­жение среза в резьбе.                  

Для винта^:

для гайки

 

здесь F — осевое усилие, действующее на болт; d₁ — внутренний диаметр резьбы; d — наружный диаметр резьбы; Н — высота гайки; K=cd/P — коэф­фициент, учитывающий тип резьбы (K=0,8 — для треугольной резьбы; К= 0,5 — для прямоугольной и К= 0,65 — для трапецеидальной резьбы).

Задавшись типом резьбы и определив диаметр при проектном расчете, можно определить высоту гайки:

Стандартные крепежные изделия на прочность резьбы не рассчитывают.

Высоту стандартных гаек крепежных изделий принимают H≈0,8d₁. По тем же соображениям устанавливают нормы завинчивания винтов и шпилек в детали H=d₁ – в стальные детали, H=1,5d₁ – в чугунные и силуминовые детали.

 Допускаемые напряжения определяются в общем случае:

Где [S]_i – допускаемый коэффициент запаса прочности.

Условие прочности

где    - расчетное напряжение среза болта; F_r — поперечная сила; d_c — диаметр стержня в опасном сечении; [τ]_ср — допускаемое напря­жение среза для болта; i — число плоскостей среза;

[τ]_ср=(0,2÷0,3)σ_T.

2. Шпоночные соединения, разновидности, расчеты.

Шпоночное соединение образуют вал, шпонка и ступица колеса (шкива, звездочки, маховика и т.д.). Шпонка – деталь, соединяющая вал и ступицу. Она служит для передачи вращающего момента от вала к ступице или наоборот.