Рисунок 5.2 - Торцевой предельный (а) и динамометрический (б) ключи для затяжки

резьбовых соединений:

1 - упорный болт, 2 стакан, 3 - торцевые зубья, 4 - наклонная прорезь, 5 - шпилька,

6 - гильза, 7 - пружина, 8 гайка,

9 Контргайка, 10 - головка ключа,

11- стержень, 12 - рукоятка. 13 - шкала,

14 Стрелка

Рисунок 5.3 – Инструмент с электроприводом (а) и пневмоприводом (б) для затяжки резьбовых соединений

1 – наконечник, 2,5 – пружины, 3 – муфта нерегулируемая, 4 – гайка,

6,7 – кулачковые муфты, 8 – редуктор, 9 – асинхронный двигатель, 10 – шпиндель, 11 – ролики, 12 – обойма, 13 – роторный пневматический двигатель,

14 – курок, 15 – стержень, 16 – клапан

В инструменте с пнев­матическим приводом (рис. 5.3,б) вращательное движение привода преоб­разуется в серию периоди­чески повторяющихся ударов. При нажатии кур­ком 14 па стержень 15 и через него на клапан 16 сжатый воздух постуает в полость рукоятки и далее к полость роторного пневматического двигателя 13. От вала двигателя вращение передаемся че­рез ударно-импульсную муфту рабочему наконеч­нику 1 .Ударно-импульсная муфта состоит из обоймы 12 и роликов 11. При вращении обоймы ролики многократно ударяют о выступы шпинделя 10, обеспечивая затяжку резьбового соединения.

В этом случае реактивный момент не передается на руки рабочего. Г айковерты ударно-врашательного действия имеют меньшую массу по сравнению с электрогайковертами. Импульсное приложение энергии к резьбовому соедине­нию значительно повышает выходную мощность, что позволяет завертывать резьбовые соединения диаметром до 80 мм.

Затяжка резьбовых соединений по моменту обеспечивает надежное со единение при хорошем качестве резьбы. Если резьба имеет дефекты, то воз можны случаи, когда устройство затяжки показывает, что достигнут задан­ный момеш затяжки, но болт или гайка не завернуты, а только достигли де­фектного места резьбы Поэтому при затяжке по моменту необходимо визуально контролировать достижение головкой болта или гайкой опорной по­верхности летали.

Наиболее качественной получается затяжка, выполненная по удлинению болта. Для этого должны быть предусмотрены измерительные базы и доступ для измерений. Удлинение измеряют микрометрами или индикаторами часо­вого типа с использованием различных приспособлений.

Для крепления мелких деталей в ненагруженных соединениях применяют соединения винтами под отвертку (рис. 5.4). Из всех типов винтов наиболее предпочтительны потайные и полупотайные с ко­ническими головками, позволяющими выполнить соединение без выступающих частей. Однако они имеют существенный недостаток, так как требуют очень точного совмещения резьбового отверстия одной детали и конического отверстия для головки винтов другой детали.

Рисунок 5.4 - Винты под отвертку с различными головками:

а – цилиндрической, б - полусферической, в - конической

В последнее время широкое распространение конической получили винты с крестообразным пазом под отвертку специальной формы. Их можно затягивать с большим усилием, при этом исключается срыв от­вертки, а также облегчается механизация завинчивания.

Все нарезные крепежные детали машин должны быть надежно застопоре­ны от самоотвинчивания. Несоблюдение этого правила приводит к серьезным последствиям, особенно при самоотвинчивании болтов и гаек внутри машин. Наибольшая вероятность самоотвинчивания резьбовых соединений у меха­низмов и машин, работающих при вибрациях и толчках.

Способы стопорения можно разделить на жесткие и фрикционные. Жест­кий способ стопорения предусматривает соединение стопоримой детали со стопорящей жесткой связью - стопором. В этом случае самоотвинчивание стопоримой детали невозможно без деформации или разрушения стопора. К этому способу можно отнести стопорение шплинтами, отгибными шайбами (рис. 5.5,а), вязочной проволокой (рис. 5.5,б).

При фрикционном способе стопорения создается повышенное трение ме­жду стопоримой и стопорной деталями. К этому способу относят стопорение контргайками (рис. 5.5, в), пружинной шайбой (рис. 5.5, г), упругими под­кладными шайбами, самоконтрящимися гайками и т. п.

Так как опасность самоотвинчивания существует всегда, и, следовательно, ослабление соединения, то во всех ответственных соединениях и, особенно в соединениях, расположенных внутри машин, применяют только жесткое стопорение. В менее ответственных соединениях, ослабление которых не вызовет аварии машин, а также в наружных соединениях (доступных для на­блюдения) допускается стопорение фрикционным способом. В этих случаях необходим периодический контроль с подтяжкой ослабевших соединений. Стопорение также осуществляют нанесением на резьбовые соединения спец­замазки и лакокрасочных покрытий.

Рисунок 5.5 - Способы стопорения

резьбовых соединений:

а - отгибными шайбами, б - вязочной проволокой, в - контргайками,

г - пружинной шайбой

При сборке электрических машин широкое применение получили сле­дующие виды неподвижных неразъемных соединений: сварные, заклепоч­ные, клеевые, соединения пайкой, развальцовкой и прессовые.

Прессовые соединения, осуществляемые посадками с натягом, применяют для неразбираемых или редко разбираемых соединений.

Прочность и неподвижность этих соединений создается и поддерживается силами упругой деформации сжатия в охватываемой и растяжения в охваты­вающей деталях. При других одинаковых условиях прочность соединения про­порциональна натягу. При одном и том же натяге она зависит от принятого способа сопряжения, материала, размера деталей, шероховатости их поверхно­сти, рода смазки при запрессовке, скорости запрессовки. Сборка соединений с натягом может быть продольной (под прессом) или поперечной (с нагревом охватывающей детали или охлаждением охватываемой). Наиболее широкое распространение получила продольная сборка под прессом, которая отличается универсальностью оборудования и низкой трудоемкостью сбороч­ных работ. При сборке под прессом детали соединения взаимно перемещаются по продольной оси. Для правильного направления деталей при запрессовке применяют различные приспособления, исполнение которых зависит от конст­рукции собираемой сборочной единицы, а также от наличия входных фасок как на охватываемой, так и на охватывающей деталях. Способ продольной за­прессовки применяют в основном при небольших натягах (до 0,001·d).

Для уменьшения силы запрессовки и повышения прочности применяют смазочный материал (растительное или индустриальное масло). Скорость запрессовки должна быть 2...5 мм/с. При запрессовке с вибрационно-импульсным воздействием по сравнению с обычным способом запрессовки прочность соединения увеличивается, особенно при большой шероховатости поверхностей сопряжения.

При сборке под прессом параметр шероховатости посадочных поверхно­стей назначают в пределах R_а < 1,25 мкм.

Максимальное усилие запрессовки, Н, определяют по формуле:

где f - коэффициент трения на посадочной поверхности, который зависит от параметров шероховатости поверхности, смазочного материала, величины давления и других факторов. Приближенно при сборке стальных и чугунных деталей f = 0,08...0,15;

dиl- диаметр и длина посадочной поверхности, мм; р - давление на посадочной поверхности, МПа:

где i - натяг в сопряжении, мкм; С₁ и С₂ - коэффициенты:

здесь Е₁ и Е₂, μ₁ и μ₂ - модули упругости (ГПа) и коэффициенты Пуассона материалов вала и втулки; d₁ - диаметр отверстия пустотелого вала, мм; d₂ - диаметр напрессовываемой детали (втулки), мм. Для сплошного вала d₁ = 0 и С₁ = 1- μ₁.

По усилию запрессовки выбирают мощность прессующего устройства с учетом коэффициента запаса, величину которого рекомендуется брать равной 1,5. Усилие запрессовки может быть уменьшено на 20...30 % при наложении осевых вибраций (импульсов) от встраиваемого в прессующее уст­ройство специального вибратора.

При запрессовке происходит увеличение диаметра охватывающей детали (∆d₂) и уменьшение внутреннего диаметра охватываемой (∆d₁).

Эти измене­ния следует учитывать, если указанные размеры ограничены узкими допус­ками:

Расчетный натяг определяется с учетом шероховатости поверхности, ко­торые соединяются:

где ∆d - наибольшая разность диаметров охватывающей и охватываемой деталей, мкм, ∆d = ∆d₂ - ∆d₁,

R_z1- высота неровностей профиля по десяти точкам, мкм.

Поперечную сборку или сборку с помощью температурных деформаций осуществляют нагревом охватывающей детали, охлаждением охватываемой детали и комбинированным способом (охлаждением охватываемой и нагре­вом охватывающей). Комбинированное соединение применяют в тех случаях, когда необходимо получить большие натяги.

Сборка с тепловым воздействием повышает прочность соединения в 1,5 раза, так как в этом случае не происходит сглаживания микронеровностей соединяемых поверхностей. Эта поверхности можно обрабатывать менее тщательно. Тепловые посадки целесообразно применять при больших диа­метрах и незначительной длине соединения, когда при посадке под прессом из-за неточного направления могут возникнуть перекосы, а также при тонко­стенных охватывающих деталях.

Сборку с тепловым воздействием проводят с общим и местным нагревом охватывающей детали. Общий нагрев применяют для деталей небольших и средних размеров. Нагрев осуществляют в масляных или водяных ваннах, индукционными устройствами, в камерных электропечах или газовым пла­менем. Более равномерный нагрев достигается в жидкой среде. Для крупно­габаритных деталей применяют местный нагрев примыкающего к посадоч­ному отверстию материала (газовым пламенем или электронагревателями).

Нагрев крупногабаритных деталей может быть затруднен. В этом случае применяют охлаждение охватываемых деталей. Сборка с охлаждением не изменяет исходную структуру и физико-механические свойства металла. Время охлаждения охватываемых деталей (особенно тонкостенных) меньше времени нагрева охватывающих. Охлаждение осуществляют:

- сухим льдом (твердый диоксид углерода, имеющий температуру испа­рения -79 °С);

-твердым диоксидом углерода и спиртом (температура испарения - около -100 °С);

- жидким кислородом (температура испарения -183 °С);

- жидким азотом (температура испарения -196 °С).

Разность температур охватываемой и охватывающей деталей меньше, чем при нагреве. Охлаждение детали - более сложный процесс, чем ее нагрев.

При сборке с тепловым воздействием необходимо знать температуру и время нагрева или охлаждения соединяемых деталей. Увеличение или уменьшение диаметра (в мкм) посадочной поверхности определяется по формуле ∆d = i + s, где i - наибольший натяг для данного соединения; s - га­рантированный зазор, обеспечивающий свободную посадку при сборке (ре­комендуется брать равным минимальному зазору посадки Н7/g6.

Температуру Т_В нагрева охватывающей детали или температуру охлажде­ния охватываемой, которая должна быть в начале выполнения соединения, определяют из условия:

где α - коэффициент линейного расширения материала детали.

При переносе детали из нагревательного (охлаждающего) устройства на сбо­рочную позицию неизбежно ее охлаждение (нагрев) на 20...30%. Зная время t переноса детали, можно найти температуру Т₁, которую должна иметь деталь в момент ее выгрузки из нагревательного (охлаждающего) устройства:

где Т - температура окружающего воздуха, °С;

Показатель к зависит от размеров и конфигурации детали, ее материала и метода нагрева. Его следует определять экспериментально. Если Т_А и Т_В за­даны, тогда

Нагрев охватывающей детали не должен превышать 400°С во избежание из­менения структуры металла, появления окалины, из-за которой соединение ста­нет трудноразъемным, а также из-за возможных короблений. Вместе с тем подшипники качения независимо от размеров и натяга не следует нагревать до температуры более 95... 100°С, детали, покрытые цинком, - более 170 °С.

Соединение пайкой используют в электромашиностроении, как правило, для соединения выводных концов обмоток. Для безотказной работы электри­ческой машины необходимо, чтобы все соединения в обмотках и выводных концах обеспечивали надежный контакт и были прочные и надежные, поэто­му их стремятся делать неразъемными. Все соединения должны обладать хорошей электропроводностью, достаточной механической прочностью, не- окисляемостью, отсутствием вредного влияния на изоляцию, технологично­стью и быть дешевыми.

Пайка - это процесс соединения деталей с помощью припоя, состоящего из различных металлов и имеющего более низкую температуру плавления, чем металлы соединяемых деталей. Способность припоя и основного металла взаимно растворяться и диффундировать позволяет получать прочные и плотные соединения. Припой должен смачивать соединяемый металл и хо­рошо заполнять все зазоры между соединяемыми поверхностями деталей.

Перед пайкой оловянистыми припоями соединяемые поверхности очи­щают от грязи и оксидов, обезжиривают и облуживают. Лужение позволяет улучшить качество паяного соединения. Пайку производят ручными паяль­никами или в ваннах. Перед пайкой соединяемые концы проводов механиче­ски скрепляют. Пайка оловянистыми припоями имеет ряд недостатков: место пайки обладает невысокой теплостойкостью и недостаточной механической прочностью; при пайке требуются флюсы и гильзы. Оловянистые припои относительно дорогие, поэтому применяются все реже.

Флюс выбирают с учетом марки припоя и металла, а также конфигурации деталей, подлежащих пайке. Флюс для пайки - это активное химическое вещество, предназначенное для очистки и поддержания в чистоте поверхностей паяемого металла с целью снижения поверхностного напряжения и улучше­ния растекания жидкого припоя.

Требования к флюсам:

1. флюс не должен химически взаимодействовать с припоем (кроме реак­тивно-флюсовой пайки);

2. флюс должен очищать поверхность основного металла и припоя от окислов и защищать паяное соединение от воздействия окружающей среды во время пайки;

3. температура плавления флюса должна быть ниже температуры плавле­ния припоя;

4. флюс в расплавленном состоянии должен способствовать смачиванию поверхности основного металла расплавленным припоем;

5. флюс должен сохранять свои свойства и не менять состава при нагре­вании в процессе пайки;

6. флюс не должен вызывать коррозию паяного соединения и выделять при нагреве ядовитые газы.

Тугоплавкие припои, к которым относятся серебряные и медно-фосфористые, обладают по сравнению с легкоплавкими более высокой меха­нической прочностью и электрической проводимостью.

Из серебряных припоев применяют ПСр-15 и ПСр-45. Из медно-фосфористых наиболее распространен самофлюсующийся припой ПМФ-7, который при пайке не требует флюса.

Одним из важнейших элементов технологического процесса пайки явля­ется подготовка поверхности. Для очистки поверхности применяют напиль­ники, металлические щетки, шлифовальные круги, наждачную шкурку и т. п.

При пайке круглых проводов небольших сечений легкоплавкими припоя­ми их зачищают, лудят, скручивают в два-три витка и паяют паяльниками или опускают в ванну с расплавленным припоем.

Наряду с правильным выбором припоя, флюса и способа пайки одним из главных условий паяных соединений является обеспечение капиллярного зазора и создание условий течения припоя в нем. Это требует точной меха­нической обработки и сборки под пайку, шероховатости поверхности R_а < 6.3 мкм.

При пайке легкоплавкими припоями зазор между сопрягаемыми деталями должен быть от 0,025 до 0,075 мм, при пайке тугоплавкими припоями - от 0,05 до 0,08 мм (для серебряных) и от 0,012 до 0,014 мм (для медных). Для получения надежных соединений зазор должен быть равномерным по месту спая. В зоне паяного соединения не должно быть замкнутых полостей, в которых воздух или другие газы при пайке могут увеличиваться в объеме и служить причиной обра­зования иеспаев, пор и раковин в шве. Для равнопрочности конструкции паяные швы не должны располагаться в местах переходов.

Соединение деталей клепкой также часто применяют в электромашино­строении, когда сборочная единица машины подвергается значительным ди­намическим нагрузкам, материал узла плохо поддается сварке или стоимость заклепочных соединений ниже стоимости резьбовых. Важные свойства за­клепочных соединений - способность воспринимать быстропеременные на­грузки и работать в условиях резко меняющихся температур.

Клепка - операция по образованию неразъемного соединения. Заклепоч­ное соединение может быть подвижным (шарнирные соединения) и непод­вижным (металлические конструкции, резервуары). Место соединения за­клепками называется заклепочным швом.

Заклепочные соединения подразделяются на силовые (прочные соедине­ния), предназначенные для передачи нагрузок и преимущественно исполь­зуемые в металлических конструкциях машин, на силовые плотные (плотно- прочные соединения), используемые в котлах, различных резервуарах, рабо­тающих под давлением и обеспечивающих водо- и газонепроницаемость. По расположению соединяемых деталей различают швы нахлесточные и стыко­вые. По расположению заклепок различают швы однорядные и многорядные (с параллельным и шахматным расположением заклепок). Виды клепки - холодная и горячая. Клепку стальными заклепками диаметром до 10 мм, а также заклепками из латуни, меди, алюминия всех диаметров выполняют холодным способом. Стальными заклепками диаметром свыше 10 мм выпол­няют горячим способом с нагреванием конца заклепки до 1 ООО... 1100 ^НС.

Заклепка представляет собой цилиндрический стержень с головками на концах, одну из которых, называемую закладной, выполняют на заготовке заранее, а вторую, называемую замыкающей, формируют при клепке. Основ­ные типы и размеры заклепок стандартизированы (ГОСТ 10299.. ГОСТ 10303, ГОСТ 12641...ГОСТ 12643). Заклепки изготовляют из углеродистых сталей Ст2, 3, 10, 15; меди МЗ, МТ; алюминиевых сплавов АМг5, Д18, АД 1.

Длину стержня заклепки выбирают в зависимости от толщины склепы­ваемых деталей и выступающей части стержня на образование замыкающей головки (0,5... 1 диаметр заклепки на образование потайной головки; 1,15... 1,5 диаметра - для полукруглой).

Для ответственных соединений не рекомендуется применять заклепки с длинами свыше: 3d при ударной клепке; 4d при прессовой клепке. Примене­ние заклепок с большими длинами может вызвать их изгиб или незаполнение зазора между стержнем и отверстием.

В стальных металлоконструкциях для швов внахлестку диаметр заклепки

d = 2· S, где S - толщина соединяемых частей; для швов с двумя накладками d = 1,5·S. Толщина накладок S₁ = 0,8· S.

Заклепки в основном работают на срез. Допускаемое напряжение в за­клепках [σ_ср] = (0,4. ..0,5) σ₁, где σ₁ - предел текучести материала соединяе­мых частей.

Отверстия под заклепки в склепываемых деталях следует обрабатывать одновременно и выполнять по 11-му, 13-му квалитетам точности, а в ответ­ственных случаях - по 8-му квалитету. Шероховатость отверстия под заклеп­ку R_а = 3,2... 1,6 мкм. Угол зенковки под потайные заклепки принимается равным углу конуса головки заклепки.

Материал заклепки должен быть мягче, чем материал соединяемых дета­лей (например, нельзя склепывать алюминиевые детали стальной заклепкой).

а - начало клепки, б - конец клепки:

1 – обжимка, 2 - стер­жень, 3 - склепываемые детали, 4 - закладная головка,

5 - под­держка, 6 - замыкающая головка

Рисунок 5.6 – Процесс клепки

Процесс клепки показан на рис. 5.6. В склепываемых деталях (3) сверлят отверстия и совмещают их. В отверстия вставляют заклепку, которая имеет закладную головку (4), полученную при изготовлении заклепки. Головка опи­рается на поддержку (5). Сверху на головку опускают обжимку (1) и ударами молотка по ней расклепывают стержень заклепки. При этом происходит фор­мирование замыкающей головки (6), а стержень (2) заклепки увеличивается в диаметре и заполняет зазор, необходимый для введения заклепки в отверстия

деталей. При автоматизации процесса, когда используют не готовые заклепки, а отрезанную определенного размера проволоку, заклепка не имеет головки, и расклепывание осуществляет­ся с двух сторон.