Материалы, используемые при изготовлении деталей машин

Сталь

Сплав железа (Fe) с углеродом (C).

Виды стали:

по химическому составу:

1. углеродная (С до 1.8%, Fe до 98.2%); 2 легированная;

по применению:

1. инструментальная; 2.конструктивная;

по качеству:

1. углеродистая обыкновенного качества (Ст.1; Ст.2; … Ст.6;);

2. углеродистая качественно-конструктивная (Ст.10; Ст.15; Ст.20; … Ст.60;);

3. легированная (20Х2Н4А — хромоникелевая);

Чугун

Сплав железа (Fe) с углеродом (С).

Виды чугуна:

1. серый (С=3.6%); 2. белый (С=4%); 3. ковкий (С=4% — отбеленный);

Сплавы

На основе алюминия (Al):

1. дюралюминий; 2.силумин;

На медной основе:

1. бронза; 2 баббит; 3 латунь;

Пластмассы

1. текстолит; 2.ДСП; 3.капрон, нейлон (полиалкидные смолы); 4. гетинакс; 5. эбонит; 6. фаолит; 7. фторопласт; 8. винипласт; 9. плексиглас (органическое стекло).

Лекция 4

Д етали, составляющие машину, связаны между собой тем или иным способом. Эти связи можно разделить на подвижные, к которым относятся различного рода шарниры, подшипники, зацепления, и неподвижные– резьбовые, сварные, шпоночные и др (рис.1).

Рис. 1 Общий вид соединений деталей машин

Наличие подвижных связей в машине обусловлено ее кинематической схемой. Неподвижные связи (жесткие или упругие) вызываются потребностью расчленения машины на узлы и детали. Это делают для того, чтобы упростить производство машины, облегчить ее сборку, ремонт, транспортировку и т.д.

Неподвижные связи в технике называют соединениями.

По признаку разъемности все виды соединений можно разделить на разъемные и неразъемные.

Разъемные соединения позволяют разбирать узлы без повреждения деталей. К ним относятся резьбовые, штифтовые, клиновые, клеммовые, шпоночные, шлицевые и профильные соединения.

Неразъемные соединения не позволяют разбирать узлы без разрушения или повреждения деталей. Применение неразъемных соединений обусловлено в основном технологическими и экономическими требованиями. К этой группе соединений относятся: заклепочные, сварные и прессовые.

По типу соединяемых деталей можно выделить:

а) соединения деталей типа вал и ступица: шпоночные, шлицевые, профильные и прессовые;

б) соединения всех других деталей(корпусных, листовых, трубчатых и т.д.): резьбовые, сварные, заклепочные.

Основным критерием работоспособности и расчета соединений является прочность – статическая и усталостная.

Соединение с натягом — технологическая операция получения условно разъёмного соединения, которое получается при вставлении одной детали (или части её) в отверстие другой детали. Обычно соединяют детали с цилиндрическими или коническими поверхностями, также эти поверхности могут быть эллиптическими, призматическими и др.

Для получения неподвижного соединения необходим натяг (положительная разность диаметров вала и отверстия). После сборки вал и отверстие благодаря упругим и пластическим деформациям принимают один размер. Сборка соединения с натягом производится запрессовкой или температурным деформированием.

Заклёпочное соединение — неразъёмное соединение деталей при помощи заклёпок. Обеспечивает высокую стойкость в условиях ударных и вибрационных нагрузок (рис.2). Известно с древности. 

Рис.2 Соединение листов заклепкой

Заклёпочные соединения делятся на:

• прочные (рассчитанные только на восприятие и передачу силовых нагрузок),

• плотные (герметичные) (обеспечивают герметичность конструкций в резервуарах с невысоким давлением),

• прочноплотные (восприятие силовых нагрузок и герметичность соединения).

По конструкции заклёпочные соединения делятся на однорядные и многорядные с цепным или шахматным расположением заклёпок, а в зависимости от количества плоскостей среза — одно- и многосрезные.

По характеру воздействия нагрузки на заклёпочное соединение — швы с поперечной нагрузкой, перпендикулярной оси заклёпок, и продольной, параллельной оси заклёпок.

Недостатки заклёпочных соединений

• Трудоёмкость процесса. Необходимо просверлить множество отверстий, установить заклёпки, расклепать их.

• Повышенная материалоёмкость соединения. Нагрузку несут заклёпки, поэтому их сечение должно соответствовать нагрузке.

• Необходимость специальных мер для герметизации.

• Процесс сопровождается шумом и вибрацией.

Преимущества заклёпочных соединений

• Не позволяет распространяться усталостным трещинам, таким образом повышает надёжность всего изделия.

• Позволяет соединять не поддающиеся сварке материалы.

Лекция 5

Шпоночное соединение

Шпонка - деталь, устанавливаемая в разъем двух соединяемых деталей и препятствующая их взаимному перемещению. Шпоночные соединения относятся к подвижным разъемным соединениям. Для выполнения шпоночного соединения на валу фрезеруют паз под шпонку, такой же паз делают в отверстии насаживаемой на вал детали. Шпонка одновременно входит в эти пазы и соединяет вал с деталью, например с зубчатым колесом, обеспечивая передачу крутящего момента.

Применяется чаще всего для передачи вращающего момента. По характеру работы различают ненапряженные (призматические и сегментные) и напряженные (клиновые и тангенциальные) шпонки, а также неподвижные и подвижные шпоночные соединения. 

Рис.1

Призматические шпонки бывают нескольких видов и конструкций, но в общем и целом, их можно разделить на следующие типы:

• обыкновенные, предназначенные для неподвижных соединений ступиц с валами.

• направляющие, с креплением на валу, применяемые при необходимости перемещения ступицы вдоль вала.

• скользящие (ГОСТ 12208-66), перемещающиеся вдоль вала вместе со ступицей, с которой соединены посредством цилиндрического выступа.

  Шпоночное соединение образуют вал, шпонка и ступица колеса (шкива, звездочки, маховика и т.д.).

Достоинствами шпоночного соединения являются простота конструкции, низкая стоимость, удобство сборки-разборки, вследствие чего их широко применяют во всех отраслях машиностроения. К недостаткам шпоночного соединения можно отнести ослабление вала и ступицы шпоночными пазами. Шпоночный паз не только уменьшает поперечное сечение, но и вызывает значительную концентрацию напряжений. Шпоночные соединения не рекомендуют для быстроходных динамически нагруженных валов.

Шпонки стандартизованы:

- призматические шпонки – ГОСТ 23360-78

- сегментные шпонки – ГОСТ 24071-97

- цилиндрические шпонки (штифты) – ГОСТ 3128-70, ГОСТ 12207-79

- клиновые шпонки – ГОСТ 24068-80

- тангенциальные клиновые шпонки – ГОСТ 24069-97, 24070-80

В машиностроении наибольшее распространение нашли ненапряженные неподвижные шпоночные соединения как более простые в изготовлении, клиновые шпонки применяются редко. Шпонки: призматические, сегментные, клиновые. Призматические шпонки применяют для неподвижных и подвижных соединений. Шпоночные пазы на валах выполняют фрезерованием дисковой (предпочтительнее, так как быстрее и точнее) или концевой фрезой, в ступицах – протягиванием или долблением. Концы призматических шпонок могут скругленными или плоскими (на рисунке). Призматические шпонки вставляют в паз вала с натягом (рабочие грани - боковые), а в паз ступицы по посадке с зазором.

Рис.2 Призматические шпонки

Сегментные шпонки можно считать разновидностью призматических шпонок. Глубокая посадка шпонки обеспечивает ей более устойчивое положение по сравнению с призматической шпонкой, однако глубокий паз также и значительно ослабляет вал, поэтому сегментные шпонки применяют, в основном, для закрепления деталей на малонагруженных участках вала.

Рис. 3 сегментные шпонки

Клиновые шпонки представляют собой клинья обычно с уклоном 1:100. В отличие от призматических и сегментных шпонок у клиновых шпонок рабочими являются широкие грани, а на боковых гранях имеется зазор. Клиновые шпонки создают напряженное соединение, способное передавать вращающий момент, осевую силу и ударные нагрузки. В точном машиностроении и в ответственных соединениях их не используют.

Рис. 4 Клиновые шпонки

Шпоночные пазы на валах подразделяют на сквозные, закрытые и полузакрытые.

Лекция 6