Контрольные вопросы

1. Какие вопросы рассматриваются в курсе “Детали машин?

2. В чем отличие механизма от машины?

3. Что следует понимать под деталью машины? Какие детали называются деталями общего назначения?

4.Какие требования предъявляются к машинам и их деталям?

5.Назовите основные материалы, используемые в машиностроении?

6. Назовите основные способы обработки, позволяющие изменить механические характеристики машиностроительных материалов?

7.Что называется циклом перемены напряжений? Перечислите основные характеристики переменного цикла.

8. Что называется усталостным разрушением и каковы его причины?

9. Назовите основные критерии работоспособности деталей машин и их влияние на качество машиностроительных изделий .

10.Что называется точностью изготовления деталей? Дайте определение допуска и посадки и их обозначение на чертежах.

11. Что называется шероховатостью поверхности, виды шероховатостей и обозначение на чертежах?

12. В чем разница между эскизным и техническим проектами ?

13. Что такое технологичность элементов машин и факторы на нее влияющие?

14. Назначение стандартизации и унификации в машиностроении?

Раздел 2. Соединения деталей

Цель- заключается в изучении конструктивных схем соединений, области их применения, способов изготовления и методов расчета при использовании в различных механизмах.

Узлы машин собирают из отдельных деталей путем их взаим­ного соединения с использованием различных способов. В общем случае соединения можно разделить на подвижные (подшипнико­вые узлы, шарниры, различные виды зацеплений и т.д.) и непод­вижные (заклепочные, сварные, шпоночные, резьбовые и т.д.). Термин "соединение" в машиностроении относится только к неподвижным соединениям деталей машин. В зависимости от конструктивных и эксплуатационных особенностей соединения могут быть разъемными и неразъемными. Разъемные соединения позволяют разъединять детали без разрушения соединяемых по­верхностей или соединяющих детали элементов. К разъемным относятся резьбовые, шпоночные, шлицевые (зубчатые), профиль­ные, штифтовые. Неразъемные соединения не позволяют разъединять собранные детали без повреждения их поверхностей или соединяющих элементов. К этой группе соединений относятся заклепочные, сварные и прессовые. Основным критерием работоспо­собности и расчета соединений является их прочность. При конструировании соединений необходимо обеспечивать равную прочность соединяемых деталей и соединяющих элементов.

Глава 2.1. Неразъемные соединения

1. Заклепочные соединения

Цель- изучить конструкцию и технологию получения заклепочного соединения, типы заклепочных соединений, виды заклепочных швов по назначению и их расчеты на прочность от внешних нагрузок.

Заклепочные соединения относятся к неразъемным и приме­няются в авиации, мостостроении, краностроении, в конструк­циях из разнородных материалов (металлических и неметаллических). Соединения находят применение при соединении листовых и фасон­ных профилей (рис.2.1).

Рис. 2.1 Заклепочные листовое и

фасонное соединения

Соединение образуется при пластическом деформировании (клепке) заклепки, которая свободно устанавли­вается в соосные отверстия соединяемых деталей. Пластическому деформированию подвергается только стержень заклепки, вследствие чего он полностью заполняет имеющиеся зазоры между стенками отверстия и заклепкой. Поэтому расчет заклепок на прочность проводят по диаметру, получаемому после расклепывания (диаметру отверстия). На соединяемые детали после клепки действует стягивающее усилие,

зависящее от величины пластической деформации заклепки.

Взаимному перемещению соеди­няемых деталей препятствуют как заклепки, так и силы трения в стыке. В машиностроении применяются горячая и холодная клепки. Горячую клепку применяют при диаметре заклепок более 8...10 мм. Заклепку нагревают до пластического состояния (для сталей t = 900 - 1000°С), вставляют в отверстие и формируют замы­кающую головку. При остывании происходит тепловая усадка зак­лепки и как следствие взаимное прижатие соединяемых деталей. Неподвижность соединения при этом целиком определяется силами трения на поверхности стыка деталей. В некоторых случаях, когда это возможно по условиям сборки, нагревают только сво­бодный конец заклепки и производят клепку. Стягивающая сила после остывания заклепки в этом случае уменьшается по сравнению с предыдущим случаем.

Холодная клепка находит в машиностроении большое применение, так как при этом исключается нежелательное тепловое воздействие на конструкцию. С помощью заклепок соединяются, например, венцы зубчатых колес с дисками, накладки во фрикционных муфтах и тормозах, сепараторы шариковых подшипников и др. Не рекомен­дуется применение холодноклепаных соединений в конструкциях, работающих при высоких температурах, вследствие возможного уменьшения силы стяжки деталей за счет расширения при нагреве, В машиностроении используются прочные, плотные и прочноплотные заклепочные швы. Прочные швы используют в силовых метал­локонструкциях машин и строительных сооружениях, плотные – в резервуарах без внутреннего давления и прочноплотные - в котлах и сосудах с высоким внутренним давлением. В связи с разработкой прогрессивных технологий сварки прочноплотные швы в настоящее время практически полностью заменяются сварными. Герметичность стыка может быть обеспечена также за счет сма­зывания поверхностей стыка перед склеиванием уплотняющими составами типа сурика, синтетических смол и т.д., которые наносят узкой полоской на соединяемые поверхности.

Заклепки для холодной клепки изготовляют из пластич­ных сталей Ст 10, Ст 20, или хромистых -15 X, 20 X, обладающих высокими прочностными характеристиками. Для горячеклепаных соединений обычно используют углеродистые стали типа Ст 30, 35, 45.

Для силовых соединений из алюминиевых сплавов используют заклепки из дюралюминия Д1, Д16. В некоторых соединениях находят применение заклепки из меди, латуни, бронзы, никеле­вых и титановых сплавов. К достоинствам заклепочных соединений относят их стабильность, простоту контроля качества, работоспо­собность при вибрационных и ударных нагрузках. Из недостатков наиболее существенными являются высокая трудоемкость изготовления и стоимость, уменьшение площади поперечного сечения соеди­няемых деталей из-за наличия сверлений под заклепки. Основные типы заклепок стандартизованы. Наибольшее распространение в общем машиностроении находят заклепки с полукруглой, с потай­ной и с полупотайной головкой (рис. 2.2)

Рис.2.2.Формы головок заклепок

Пример обозначения на чертеже заклепки с диаметром стержня d= 8 мм, длиной 25 мм (материал заклепки допус­кается не указывать): заклепка 8x25 ГОСТ 10299-80.

В зависимости от расположения заклепок различают однорядные, двухрядные и многорядные заклепочные соединения (рис. 2.3). На сбороч­ном чертеже заклепки изображают в одном - двух местах сечения, а в других местах дают только осевые или центровые линии.

Заклепочное соединение следует нагружать только сдви­гающими усилиями и по возможности исключать действие изги­бающих моментов, т.к. возникающие при этом напряжения рас­тяжения складываются с оставшимися напряжениями в заклепке после склепывания деталей, что может привести к разрыву стержня или отрыву головки. Исключить возникновение изгибающего момента можно установкой двух накладок (рис. 2.4). Это приведет к двухсрезному соединению, которое является более прочным.

Рис. 2.3 Типы заклепочных швов

Рис. 2.4 Соединение с двумя накладками

Расчет заклепочных швов на прочность.

Расчет на прочность стержня заклепки производят по напряжениям среза в плоскости стыка соединяемых деталей и напряжениями смятияв зоне контакта со стенками отверстий. Во избежание разрушения соединяемых листов, ослабленных отверстиями, проводится их расчет на прочность от действия внешних нагрузок. С целью упрощения расчеты проводятся при допущении, что нагрузка распределяется равномерно между все­ми заклепками, а силы трения в стыке деталей не учитываются.

Напряжение среза в стержне заклепки при действии внеш­ней силы F , лежащей в плоскости стыка деталей, определяют по формуле:

,

где - допускаемое напряжение среза;

- площадь поперечного сечения заклепки; - усилие на одну заклепку;z - число заклепок; k - число плоскостей среза одной заклепки. Заклепки в соединении с двумя накладками (рис.1.4) сре­заются одновременно по двум плоскостям (k=2), что вдвое уменьшает действующее напряжение.

Для определения числа заклепок при действии заданного сдвигающего усилия F можно воспользоваться соотношением

Полученное значение z округляют в большую сторону до целого числа. Расчет заклепок и соединяемых деталей на смятие про­водят по одному и тому же соотношению. Расчет выполняется для деталей из менее прочного материала. Расчетное соотношение имеет вид ,

где h- наименьшая толщина соединяемых деталей;

- допускаемое напряжение смятия.

Расчет на прочность соединяемых деталей проводится по сече­нию, ослабленному отверстиями. ,

где - площадь детали в опасном сечении;

b - ширина детали;

- допускаемое напряжение на растяжение.

При расчете заклепочного шва определяют число заклепок z их диаметр - d, шаг заклепочного шва - t , расстояние между рядами заклепок -и расстояние заклепки от края де­тали -(рис. 2.5). Диаметр заклепки зависит от толщи­ны соединяемых деталей и типа заклепочного шва.

Для однорядного нахлесточного соединения рекомендуются следующие оптимальные соотношения, дающие несколько завышенные зна­чения диаметра заклепок d:

d = 2h, t = 3d, e = 1,5 d

Для практических расчетов используют соотношения

d = h + ( 4 …8 ) , 3d t 6d , 1,5 d e 2d

Рис. 2.5. Заклепочные соединения с параллельным и шахматным расположением заклепок

Расстояние между рядами заклепок принимают , а при шахматном их расположении - (рис.2.5).

Допускаемое напряжение среза для заклепок из сталей Ст. 10, 20 равны МПа, напряжение смятия равныМПа.

Для повышения качества заклепочного соединения следует при­держиваться следующих правил. Для более равномерного распре­деления нагрузок на заклепки отверстия в соединяемых деталях следует обрабатывать совместно, а заклепку предпочтительно устанавливать с натягом. Вокруг заклепок необходимо остав­лять место для работы с клепальным инструментом. Отверстия под заклепки предпочтительнее сверлить и избегать их изго­товление пробивкой с использованием специального инструмента, т.к. при этом на кромках образуются мик­ротрещины и надрывы, являющиеся концентраторами напряжений и приводящие к разрушению. Острые кромки отверстий следует закруглять галтелями для уменьшения пика напряжений. Соединяемые поверхности необ­ходимо подвергать обработке (например дробеструйной) для увеличения шероховатости.

Контрольные вопросы

1. Какие соединения деталей называют заклепочными? Какие способы клепки применяются на практике?

2. Какие типы заклепочных соединений и виды заклепочных швов по назначению используются в конструкциях?

3. Какие основные критерии существуют для выбора прочных и плотных заклепочных швов?

4. Какие напряжения возникают в заклепках заклепочного шва?

5. Какую деформацию испытывают заклепки и соединяемые детали после процесса клепки?

6. Как определить требуемое число заклепок, если известен их диаметр и действующие внешние нагрузки?