9 Соединения деталей машин

Машины, приборы, а также различные устройства собирают из деталей и узлов путём их соединения. При этом их взаимное положение фиксируют с помощью разнообразных связей: механических, молекулярно-механических и др.

Механические связи реализуют в конструкциях с использованием дополнительных деталей (соединительных элементов), например, болтов и гаек, штифтов и др., а также за счёт сил сцепления (трения) по поверхностям сопряжения.

Молекулярно-механические связи между деталями формируют сваркой, пайкой, клеем и др.

Сопрягаемые части деталей вместе со связями образуют соединения, название которых определяется, как правило, видом связи или соединительного элемента (например, соединения резьбовые, сварные, клеевые и др.).

Под термином соединение в деталях машин понимается их неподвижное соединение. Значительно реже соединения деталей и узлов машин выполняются подвижными (шпоночные и шлицевые).

В зависимости от конструктивных, технологических и эксплуатационных требований соединения могут быть разъёмными или неразъёмными.

Разъёмные соединения разбирают без повреждения деталей, а неразъёмные соединения можно разобрать лишь путём разрушения связей или деталей.

К неразъёмным соединениям относятся заклёпочные, сварные, клеевые, паянные, заформовкой, загибкой, обжимкой, развальцовкой и завальцовкой.

К разъёмным соединениям относятся резьбовые, шпоночные, шлицевые, штифтовые, штыковые (байонетные), профильные, клеммовые, клиновые и с натягом.

Соединения образуют наиболее распространённый класс деталей машин, и их работоспособность наиболее часто, как показывает практика, определяет надежную работу конструкций.

В данном разделе рассматриваются наиболее распространённые виды соединений – сварные, шпоночные, шлицевые и резьбовые.

9.1 Сварные соединения

9.1.1 Общая характеристика

Сварка – технологический процесс соединения деталей, основанный на использовании сил молекулярного сцепления и происходящий при сильном местном нагреве до расплавления (сварка плавлением) или пластичного состояния (сварка давлением).

К достоинствам сварных соединений относятся: возможность соединять различные виды материалов – почти все конструкционные стали, цветные металлы и некоторые пластмассы; экономия металла и снижение трудоемкости процесса; дешевле заклепочных и литых; снижение массы конструкций; возможность получать конструкции сложной формы.

К недостаткам сварных соединений можно отнести: остаточные напряжения в свариваемых элементах деталей; искажение геометрической формы (коробление); недостаточная прочность при действии переменных и вибрационных нагрузок; сложность и трудоемкость контроля качества сварных швов. Затвердевший после сварки материал, соединяющий свариваемые детали, называется сварным швом. Сваркой изготавливают станины, рамы и основания машин, корпуса редукторов, зубчатые колёса, фермы, колонны, опоры ЛЭП, трубы и т. д. В машиностроении наиболее распространены следующие виды сварки:

1. Ручная дуговая сварка плавящимся электродом. Подача электрода и перемещение дуги вдоль свариваемых кромок осуществляется вручную. Нагрев осуществляется электрической дугой между изделием и электродом. Электрод, расплавляясь, служит присадочным материалом для образования сварного шва. Толщина свариваемых деталей 1…60 мм и более. Применяется в единичном производстве.

2. Автоматическая дуговая сварка плавящимся электродом под флюсом. Подача электрода и перемещение дуги механизированы. Дуга горит под слоем сварочного флюса. Способ более производителен и обеспечивает высокое качество сварного шва. Толщина свариваемых деталей 2…130 мм. и более. Применяется для непрерывных, прямолинейных и концевых швов значительной протяженности в крупносерийном и массовом производстве.

3. Электрошлаковая сварка. Сварка плавлением. Для нагрева используется теплота, выделяемая при прохождении электрического тока через расплавленный шлак. Толщина свариваемых деталей 40…50 мм. Эффективность сварки возрастает с увеличением толщины свариваемых изделий.

4. Стыковая контактная сварка. Основана на нагреве стыкуемых торцов теплотой электрического тока. Нагрев торцов производится либо до их оплавления (сварка плавлением), либо до пластичного состояния с последующим сдавлением (сварка давлением). Применяется в массовом и крупносерийном производстве.

5. Шовная контактная сварка. Соединение элементов выполняются внахлест вращающимися дисковыми электродами в виде непрерывного или прерывного шва. Применяется для получения герметичных швов в тонкостенных конструкциях.

6. Точечная контактная сварка. Соединение элементов происходит на участках расположения торцов электродов. Применяется для тонколистовых конструкций, где не требуется герметичность швов.