8.2. Клеевые соединения

При расчете нахлесточных соединений необходимо учитывать лишь то, что площадь расчетного сечения равнаплощади контакта (пайки) деталей соединения. Например, при действии центральной сдвигающей силы нахлесточные соединения (рис. 8.2, б) рассчитываютна срез :

F [ ], lb

где [] — допускаемые напряжения среза для паяных соединений (см.табл . 8.4); l— ширина зоны сплавления; b— длина нахлестки

(см .рис. 8.2, б).

При других случаях нагружения расчет нахлесточных паяных соединений проводят по формулам, аналогичным для сварных соединений.

С увеличением площади контакта (пайки) несущая способность соединений возрастает. В нахлесточных соединениях увеличение ширины зоны сплавления имеет больший эффект, чем увеличениедлины нахлестки .

8.2. Клеевые соединения

Общие сведения. Клеевыми называют неразъемные соединения с помощью клея, образующего между деталями соединения тонкую прослойку. Эти соединения получили широкое распространениебла - годаря созданию конструкционных высокопрочных клеев на основе синтетических полимеров, позволяющих скреплять детали с высокой прочностью. Иногда склеивание — единственныйспособ соединения деталейиз разнородных материалов.

Процесссклеивания обычно состоит из следующихопераций : 1) приведение клеящего вещества в состояние, пригодное для

2)подготовка поверхностей склеивания (придание шероховатости,обезжиривание и т.п.);

3)нанесение клеящего вещества и сборка соединения;

4)превращение клеящего вещества в клеевой слой, соединяющий детали при соответствующих температуре, давлении и временивыд ержки.

Клеевые соединения обладают рядом преимуществ: снижаются требования к точности сопрягаемых деталей, быстро и экономично осуществляется сборка; клеевой слой является хорошим тепло-, звуко- и электроизолятором; не ослабляются соединяемые детали; клеи

155

способны скреплять детали из материалов, которые существенно различаются по физико-химическим свойствам; клеящие материалы заполняют микрозазоры, что позволяет получать герметичные соединения; пленка клея улучшает распределение нагрузки и препятствуетвозникновени юконтактной коррозии .

К недостаткам клеевых соединений относят малую прочность при отрывающих нагрузках с неравномерным ее распределением (отрыв, когда один или оба соединяемых элемента имеют малую жесткость, или отрыв с изгибом); нестабильность физико-механи- ческих свойств во времени (старение с течением времени, приводящее к снижению прочности клеевых соединений); ухудшение механических характеристик при пониженных и повышенных температурах, при воздействии биосреды, химических реагентов и других факторов; необходимость тщательной подготовки поверхностейперед склеи ванием.

Механические характеристики клеевых соединений и области применения клеев, наиболее часто используемых в промышленно-

156

8.2.Клеевые соединения

Впоследнее время получают распространение клеевые соединения с использованием анаэробных клеев на акрилатной и метакриловой основах, т. е. синтетических клеев, способных затвердевать без

доступа воздуха. Эти клеи (например, «Анатерм») представляют собой однородную вязкую жидкость, время отверждения при 20 С—

трое суток , а при 120 С— 0,5 ч, после отверждения достигается прочность при сдвиге 10 МПа. Жидкий полиуретановый клей ПУ-2 отверждается при комнатной температуре за 3 ч и достигает прочности при сдвиге 16 МПа. Эпоксидные клеи состоят из жидких эпоксидных смол, отвердителя и металлического порошка, склеивание происходит притемпературе 150 Св течение 1 ч.

Виды соединений. Клеевые соединения конструктивно подобны сварным и паяным: основные типы соединений те же (см. табл. 8.2). При проектировании этих соединений следует иметь в виду, что клеевые швы обладают достаточно большой прочностью при сдвиге и равномерном отрыве, а при неравномерном «отдире» (отрыв с изгибом), как показано на рис. 8.3, а, прочность соедине-

Рис. 8.3. Спос обыустранения отрыва(« отдира») всоединениях

ний существенно снижается. Поэтому везде, где возможно, клеевое соединение должно быть сконструировано работающим на сдвигрис(. 8.3, б) илисжатие .

Соединения типа вал–сту пица выполняют телескопическими. Детали соединения изготовляют с гарантированным зазором порядка 5...15 мкм (при больших зазорах затруднено центрирование деталейсоединения ); иногдаиспользуют переходные посадки типа H7/n6, H7/k6 и др. Поверхности деталей перед нанесением клея тщательноочища ютот загрязнений и обезжиривают.Клей наносят наобе соединяемые поверхности (распылением,кистью , валиком). Сборку соединения осуществляют с нагревом охватывающей де-

157

тали до 150 С. Такой метод обеспечивает зазор между деталями при сборке, возможность заполнения этого зазора клеем (до остывания охватывающей детали) и высокую прочность сцепления между деталями после отверждения клея, значительно превышающуюпрочностьсцепления в соединениях с натягом.

Расчет клеевых соединений. Расчет клеевых соединений на прочность выполняют по формулам, аналогичным формулам для расчета сварных и паяных соединений. Например, для соединений типа вал–ступица при одновременном действии на соединение вращающего момента T и осевой силы Fa расчет ведут по равно-

где d— диаметр вала (сопряжения); — допускаемые напряжениясреза сдвига( ).

При определении допускаемых напряжений [] коэффициент запаса прочности соединения по отношению к пределам прочности при сдвиге (см. табл. 8.5) принимают S 2,5 3,0 при статической нагрузке, S 4 5 — при переменных нагрузках, а при наличии существенных перегрузок (вибрации, ударных нагрузках и т. п.значение) S должнобыть еще больше .

Для получения особо прочных соединений, находящихся под действием произвольной нагрузки, включая неравномерный отрыв, вибрационной и ударной нагрузки, применяют комбинированные соединения: клеесварные, клеезаклепочные, клееболтовые иклеевые соединения снатяго м [15].

8.3. Штифтовые соединения

Краткие сведения. В соединениях штифты применяют для передачи небольших нагрузок. Для этой цели используют штифты цилиндрические (рис. 8.4, а), конические (рис. 8.4, б–г) и др. Гладкие, целые, без отверстий штифты изготовляют из среднеуглеродистойстали ,например из стали 45.

158

8.3. Штифтовые соединения

Рис. 8.4. Основные типы штифтов

Следует отметить, что штифты в основном служат для фиксированияточного взаимного положениядеталей , хотяони мо гут воспринимать случайныесдвига ющиенаг рузки, а в этом разделеприве дены сведения о шрифтах, предназначенных для передачи нагрузок. Как пример рассмотрим применение штифтов в соединениях вал– ступица. По расположению в этих соединениях различают осевые и радиальные штифты.

Осевые штифты являются по сути круглыми шпонками (областьприменения ,конструкцию и расчетсм .в гл . 6).

Радиальные штифты после установки фиксируют насадную деталь (ступицу) вугло вом и осевомнаправлен ияхотносительно вала. Цилиндрические радиальные штифты (см. рис. 8.4, а) устанавливают в отверстия с натягом, от выпадения они удерживаются силами трения, иногда концы штифтов расклепывают. Конические штифты (см. рис. 8.4, б–г) выполняют с конусностью 1:50, их запрессовывают в отверстия, что обычно обеспечивает стопорение штифта, а для исключения возможности выпадения обычного штифта (см. рис. 8.4, б) можно расклепать один конец штифта или применить штифт с разрезным концом (см. рис. 8.4, г), у которого при установке разводят разрезной конец, как показано на рис. 8.5, б. Для удобства разборки конические штифты снабжают резьбой (см.

рис. 8.4, в).

Преимущество штифтовых соединений заключается в простотеконструкции .

Недостатки: требуется совместное сверление и развертывание отверстий под штифт после сборки ступицы с валом, отверстие под штифтослабляет деталисоединения .

Расчетсо единений. При нагружении соединения вращающим моментом T в сечениях штифта А–А и Б–Б (рис. 8.5, а и б) возни-

159

Рис. 8.5. Соединение вал–ступица радиальными штифтами

кают напряжения среза, а на цилиндрических поверхностях контакта штифта с деталями соединения — напряжения смятия (давление). Для упрощения расчетов принимают, что трение между валом и ступицейотсу тствует и нагрузка передается за счетсо противления штифта смятию и срезу. Если толщина ступицы достаточна (Dст 1,5d), то нагрузочную способность соединения огра-

сечениях А–А и Б–Б. В этом случае, исходя из условий прочности[ ], максимальный вращающий момент [T], которым может

быть нагружено соединение вал–сту пица с одним штифтом, вычисляютпо формуле

диаметр, см. рис. 8.5, б); d— посадочный диаметр соединения. Расчет по напряжениям смятия имеет условный характер, так

как точный закон распределения напряжений смятия по цилиндрической поверхности контакта штифта и деталей соединения весьма сложен. Расчет на смятие проводят (при условии, что сту-

160