книги из ГПНТБ / Быстрова, В. И. Проектирование механизмов и приборов для целлюлозно-бумажных производств учебное пособие

Лакокрасочные покрытия

Этот вид покрытий применяется как для металлических, так и неметаллических деталей с целью защиты их от коррозии в аг­ рессивных средах, придания декоративных свойств и т. д.

По условиям эксплуатации деталей с лакокрасочными покры­ тиями последние делятся на следующие группы: атмосферостой­ кие— А; стойкие внутри помещений — П; химические стойкие — X, ХК, ХЩ; водостойкие — В, ВМ, ВТ, ВМТ; бензостойкие — Б, ВТ; маслостойкие — М, МТ; термостойкие—Т; электроизоляционные — Э. С целью увеличения антикоррозийное™ материала детали на нее предварительно наносят грунты: АЛГ1 (желтого цвета), АЛГ2 (серо-зеленого цвета), 138А (коричневого цвета).

В целлюлозно-бумажном производстве при агрессивности сред многих производственных циклов (например, кислотное производ­ ство, варочное, отбельное и др.) особое значение приобретает защита элементов датчиков автоматического контроля и регулиро­ вания от коррозии. Для этого применяют лакокрасочные покрытия

стойким относятся эмали перхлорвиниловые ХВ16, ХС77, Э41008. К маслобензостойким — лак и эмаль ВЛ725, эмаль ВЛ515. Высо­ кую температуру среды (свыше 200 до 500°С) выдерживают тер­ мостойкие эмали кремнийорганические К0813 (до 500°С), К0814 (до 400° С), К083 (до 250° С).

ГЛАВА в. СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ

Любой прибор состоит из деталей, которые связаны между собой вполне определенным образом, образуя разъемные или неразъем­ ные соединения. Разъемными называются соединения, разборка которых возможна без повреждения деталей. Неразъемные — это соединения, разборка которых сопряжена с повреждением хотя бы одной из деталей.

§ 1. Н Е РА ЗЪ Е М Н Ы Е С ОЕ ДИ НЕ Н ИЯ

Эти соединения предназначены для облегчения технологии сбор­ ки механизмов и приборов, уменьшения стоимости изготовления отдельных деталей и узлов. К неразъемным соединениям предъяв­ ляются следующие требования: одинаковая прочность соединения и материала деталей; точность взаимного расположения деталей; плотность соединения; экономичность. К неразъемным относятся соединения сваркой, пайкой, склеиванием и замазкой, заформовкой, запрессовкой, соединение заклепками и цапфами, завальцовкой, фальцами и лапками, загибкой и др.

50

Соединение сваркой

В точном приборостроении применяют в основном электриче­ скую (стыковую, точечную, конденсаторную и роликовую) сварку. Реже используется газовая сварка (для соединения металлов и сплавов с различными температурами плавления, например, сварка платины, вольфрама или тантала с медью, никелем и др.). В настоящее время все более широкое распространение получает сварка ультразвуком элементов деталей из металла и пластмасс, холодная сварка.

С т ы к о в а я с в а р к а . При этом виде сварки детали подклю­ чаются ко вторичной обмотке сварочного трансформатора с по­ мощью специальных держателей. Место соединения деталей нагре­ вается током до температуры плавления металлов, при сдавлива­ нии деталей образуется сварной шов. Для получения высокого качества сварного шва необходим одинаковый нагрев обеих'деталей в месте соединения. Площади поперечных сечений деталей в этом месте должны быть одинаковыми. Сварка встык применяет­ ся для соединения трубчатых деталей и стержней.

Т о ч е ч н а я с в а р к а . Применяется для соединения детален из листового материала толщиной от 0,2 до 3 мм. Сварные точки образуются в местах подвода электродов к свариваемым деталям. Время сварки одной точки 0,1—0,2 с. Преимуществом этого вида электрической сварки является местный нагрев деталей, благодаря чему сохраняются механические свойства материалов. В сварива­

и более деталей. Число свариваемых деталей с нерасчетными сое­ динениями не должно превышать четырех, в расчетных соедине­ ниях — трех. Наиболее надежная прочность сварных точек обеспе­ чивается при сварке двух деталей. Соотношение толщин сваривае­ мых деталей не должно превышать 1:3.

К о н д е н с а т о р н а я с в а р к а . Этот вид сварки является частным случаем точечной. Применяется для сварки мелких дета­ лей малой толщины, когда велика опасность прожигания металла при точечной сварке. Точечная конденсаторная сварка отличается от обычной тем, что энергия, используемая при сварке, лимитиру­ ется конденсатором. Широко используется для крепления моментных пружин приборов к пружинодержателям, стрелок к стрелкодержателям, для крепления серебряных контактов к контактным пружинам.

Р о л и к о в а я с в а р к а . При сварке роликовыми электродами получается непрерывный или (при включении тока кратковремен­ ными импульсами) прерывистый шов. Прерывистая роликовая сварка с правильным чередованием импульсов и пауз обеспечивает более высокое качество соединения. Свариваемые детали наклады­ ваются внахлест, и место будущего шва сдавливается роликами — электродами. При сварке краев полой детали один из роликов

51

заменяется неподвижным электродом соответствующей конфи­ гурации.

Х о л о д н а я с в а р к а . Применяется для соединения алюми­ ниевых монтажных проводов, медных и алюминиевых шин, для изготовления алюминиевых экранов, корпусов электрических кон­ денсаторов и др. В месте соприкосновения деталей под действием специальных пуансонов создаются высокие удельные давления, достаточные для того, чтобы разрушить кристаллическую решетку металла. После снятия давления кристаллическая решетка восста­ навливается и создает высокопрочный шов.

С в а р к а у л ь т р а з в у к о м . Ультразвуковая сварка приме­ няется для соединения деталей как из металла, так и из пластмасс. Она позволяет соединять детали большой толщины и сложной конфигурации, когда применение других методов сварки невоз­

Рис. 27. К расчету сварных швов.

электроэнергии незначительны, снижаются требования к чистоте свариваемых поверхностей. Все это относится к неоспоримым преимуществам ультразвуковой сварки перед другими видами. Физические процессы, протекающие при ультразвуковой сварке металлов и пластмасс, связаны с активизацией атомов на границе двух сред, с повышением уровня энергии, в результате чего и про­ исходит соединение.

П р о в е р к а на п р о ч н о с т ь с в а р н ы х с о е д и н е н и й . Прямой стыковой шов (рис. 27, а) рассчитывается на растяжение (сжатие) по формуле

где Р — растягивающее (сжимающее) усилие; Ь — длина шва; h — толщина более тонкой из свариваемых деталей; [а]р — допускае­ мое напряжение сварного шва при растяжении (сжатии).

Если сварной шов, помимо силы Р, испытывает действие момен­ та М (рис. 27, б), расчет ведется по формуле

52

Прямой лобовой шов (рис. 27, в ) проверяется по напряжениям среза

где [а]Ср — допускаемое напряжение на срез сварного шва.

Соединение пайкой

В отличие от сварки соединение деталей пайкой происходит при нагреве последних до температуры плавления припоя (связующего металла или сплава), которая должна быть ниже температуры плавления материалов деталей. Соприкасающиеся поверхности перед пайкой должны быть очищены от грязи, жира и окисной пленки. Для снятия окисной пленки, образующейся на металле,, а также для лучшей смачиваемости металла припоем применяют специальные химические вещества, называемые флюсами. Разли­ чают флюсы защитные и химически активные. Защитные флюсы (бескислотные) только предохраняют предварительно очищенную от окислов деталь во время пайки. Сами они не вызывают окисле­ ния материалов, поэтому после пайки не требуется удаления их остатков. К защитным флюсам относится канифоль. Защитные флюсы применяются в электромонтажных работах. Химически активные флюсы (бура, хлористый цинк) сами очищают поверх­ ность от окислов, но после пайки вызывают коррозию, поэтому их удаление необходимо. Помимо указанных, применяются флюсы, сочетающие свойства защитных н химически активных (флюс ЛТИ120, глицериновая паста). С помощью таких флюсов пайке подвергаются детали из разнообразных металлов и сплавов без предварительной зачистки.

В зависимости от температуры плавления все припои разделя­ ются на легкоплавкие (с температурой плавления до 400° С) и тугоплавкие (с температурой плавления выше 400° С).

К мягким (легкоплавким) припоям относятся: оловянно-свин­ цовые, висмутовые, кадмиевые. Достоинства мягких припоев за­ ключаются в низкой температуре плавления, хорошей электропро­ водности, высокой плотности соединения. Однако места пайки не стойки против коррозии, обладают невысокой механической проч­ ностью. Для увеличения механической прочности детали перед пайкой соединяют внахлест различными способами, а для защиты от коррозии покрывают лаком или краской.

Высокую механическую прочность соединения обеспечивает пайка твердыми припоями, температура плавления которых выше 400° С. К твердым припоям относятся: серебряные, медно-цинковые, медно-фосфористые, чистая медь, латуни Л62 и Л 6 8 . Припои мед­ но-цинковые и медно-фосфористые применяются для соединения деталей, несущих лишь статическую нагрузку, когда требуется повышенная жидкотекучесть припоя — при «тонкой» пайке. Удар­

53

ная нагрузка и вибрация этими припоями не выдерживается вследствии их хрупкости. Прочное соединение стальных деталей созда­ стся с помощью латунных припоев и чистой меди. Серебряные припои (особенно ПСр45) применяются в наиболее ответственных соединениях. Они отличаются хорошей жидкотекучестью, вязкостью, устойчивостью против коррозии, стойкостью к ударам и вибрациям. Пайка твердымиприпоями позволяет соединять детали встык, покрывать места соединения лаком с высокой температурой сушки

(до 100° С).

Твердые припои могут быть изготовлены в виде прутков, тонких листов и гранул. Если позволяет метод нагрева детали при паянии и характер соединения, применяются кольца или прокладка из ма­ териала припоя. Это обеспечивает более равномерное распределе­ ние припоя и более экономичное использование его. Размеры про­ волоки в зависимости от площади соединения берутся обычно от 0,4 до 1,5 мм, фольга делается толщиной 0,05—0,1 мм. Для пайки алюминия, которая обычно затруднена из-за прочной окисной плен­ ки, применяют алюминиево-цинковые сплавы. Пайка производится специальными ультразвуковыми паяльниками. Жало паяльника выполняется из магнитострикционного материала (никеля, пермал­ лоя). Ультразвуковые колебания легко разрушают окисную пленку.

Соединение склеиванием и замазкой

Двумя предыдущими способами невозможно соединить детали металлические с неметаллическими. В этом случае применяют клеи

изамазки. Склеивание широко применяется для соединения дета­ лей из пластмасс, бумаги, металла, дерева, картона, стекла, ткани

ит. д. Смоляные клеи (например, марок ПУ2, БФ2, БФ4 и т. д.) представляют собой растворы фенольно-формальдегидных смол. При температуре 6—160°С они полимеризуются, т. е. пере­ ходят в нерастворимое состояние. Эти клеи обеспечивают высокую прочность соединения, устойчивость против воздействия влаги, температуры, бензина, масел, стойкость при вибрации. Благодаря всем перечисленным свойствам, смоляные клеи широко применяют

ся в приборостроении для соединения почти всех материалов. Полиметакриловый клей марок Л1, Л2 применяется для склеи­

вания деталей из органического стекла. Кроме того, для склеива­ ния оргстекла применяется уксусная кислота.- Бальзам используется для склеивания оптических деталей (линз, призм и т. п.). Феноль­ ные и бакелитовые клеи применяются для склеивания бумаги, де­ рева, тканей, пластмасс и т. д.

Для придания корпусам приборов надлежащей герметичности, плотности соединения металла со стеклом без сжатия, а также для крепления мелкой арматуры применяются замазки. Они делятся на две группы: замазки, твердеющие вследствии физических воз­ действий, вызванных изменением температуры (сургуч, канифоль), и замазки, твердеющие вследствие внутренних химических изме­ нений (гипс, бакелит, цемент, магнезитовые замазки). Замазки

-54

должны обладать малой усыхаемостью, хорошей прилипаемостыо- к поверхностям соединения деталей. Тепловой коэффициент рас­ ширения замазки не должен сильно отличаться от теплового коэф фициента расширения соединяемых деталей. Замазки не должны быть химически активными по отношению к соединяемым деталям, а также гигроскопичными.

Соединение заформовкой

При этом виде соединения одна деталь погружается в материал другой, находящийся в жидком или тестообразном состоянии в специальной пресс-форме. После застывания материала, происхо­ дит прочное неразъемное соединение деталей, Заформовка приме­ няется для уменьшения стоимости изготовления, а также для электрической и 'тепловой изоляции деталей (зажимы, рукоятки и т. д.). В приборостроении применяют заформовку в пластмассу или металл и заформовку металлических деталей в стекло. .

Рис. 28. Соединение деталей заформовкой.

Для прочностисоединения при заформовке в пластмассу или металл (алюминиевые, цинковые сплавы и т. п.) цилиндрические детали снабжаются буртиками или канавками (рис. 28, а ). В штам­ пованных деталях часть материала высекают и отгибают концы (рис. 28,6), для большего проникновения пластмассы предусматри­ вают отверстия (рис. 28, в). Для наиболее равномерного распре­ деления напряжений в пластмассе заформовка большого количества мелких деталей должна производиться симметрично.

Заформовка металлических деталей в стекло широко применя­ ется в химическом приборостроении. Здесь основным требованием к соединению является герметичность. Необходимая герметичность обеспечивается только при выполнении следующих условий: по­ верхность детали должна быть хорошо смачиваема расплавленным

при указанных условиях произойдет растрескивание стекла. Для обеспечения хорошей смачиваемости расплавленным стеклом ме­

55•

талл должен иметь плотный поверхностный слой. Стальные детали, окисный слой которых является рыхлым и непрочным, покрыва­ ются предварительно медью, у которой окисная пленка твердая и плотная.'

Соединение запрессовкой

При запрессовке соединение получается созданием натяга в со­ единяемых деталях. Удобнее всего соединять детали, имеющие

варительно изготавливая детали по скользящей посадке более

Соединение расклепыванием

Этот вид соединения выполняется с помощью вспомогательных деталей — заклепок или специальных выступов — цапф, имеющих­ ся на одной из соединяемых деталей и выполняющих роль заклеп­ ки. Заклепки применяют сплошные и пустотелые с различными конфигурациями головок. Материалом для заклепок служит мяг­ кая сталь, медь, алюминий, латунь. Пустотелые заклепки исполь­ зуют для соединения деталей из изоляционных материалов (фиб­ ры, текстолита, гетинакса, кожи). В этом случае замыкающую го­ ловку создают без ударов, благодаря чему материал деталей пре­ дохраняется от повреждения. Цапфы применяются для крепления стоек, зубчатых колес, контактов, экранов и т. д. Примеры соеди­

дится к проверке прочности на разрыв материала деталей и на срез

■56

специальных вспомогательных деталей — винтов, болтов и т. д. Винты, болты, гайки, кроме своего основного назначения как крепежных деталей, должны удовлетворять ряду требований (удоб­ ство установки, приятный внешний вид и т. п.), поэтому на практи­ ке применяется большое количество разновидностей этих деталей. Наибольшее распространение получили винты с цилиндрической

головкой.

При конструировании приборов, работающих в условиях виб­ рации, тряски, т. е. в тех случаях, когда велика опасность самоотзинчивания и выпадания крепежных деталей, необходимо преду­ сматривать соответствующие способы предохранения соединений от повреждения: применение контргаек, пружинных шайб, стопор­ ных шайб, кернение и т. п.

Р а с ч е т в и н т о в на п р о ч н о с т ь . Винт в соединении на­ гружается растягивающими усилиями. Максимальное усилие за­ тяжки определяется по следующей формуле:

тс d?

где k — коэффициент, учитывающий работу винта на кручение при затяжке (k =1,3 для треугольных резьб); d\ — внутренний диаметр резьбы.

Допускаемое напряжение растяжения [о]р = сгт/а. Здесь от — предел текучести; п — коэффициент запаса прочности, на практике п~10. Витки резьбы работают на изгиб, срез и смятие. Крепежные резьбы проверяются обычно только на изгиб. Предполагаем, что 'усилие Р распределяется равномерно между витками. Для гайки напряжение, испытываемое витками при изгибе, выражается сле­ дующей формулой:

метр резьбы; d — наружный диаметр резьбы; (30 — коэффициент, устанавливающий соотношение между шагом резьбы и высотой расчетного сечения витка (для метрической резьбы |Зо = 0,872,-для трапецеидальной |30 = 0,63ч-0,68); S — шаг резьбы.

Для винта, болта, шпильки напряжение на изгиб выражается аналогично, только в знаменателе этой формулы вместо d следует подставлять

Соединение при помощи штифтов

Штифты служат как для соединения деталей, так и для обеспече­ ния взаимного расположения деталей или узлов в приборе, что значительно облегчает сборку и регулировку последнего. Штифты изготовляются из сталей марок 45, А12 с предельным отклонением диаметра для следующих посадок: Пр 13', Пр 22а, Г, Сз и С4. В по­

59