Детали машин

Контроль сварных соединений с помощью разрушающих и неразрушающих  методов (ультразвука, рентгеновских лучей и т. д.) в полном объеме или выборочно является, как правило, обязательной операцией технологического процесса для выявления дефектов.

Наиболее распространенными в технике способами сварки являются дуговой и газовой способ. Дуговой сваркой на сварочных автоматах, полуавтоматах, а также вручную соединяют детали из конструкционных сталей, чугуна, алюминиевых, медных и титановых сплавов. Газовая сварка используется для соединения деталей из металлов и сплавов с различными температурами плавления при небольшой толщине (до 30 мм), для сварки неметаллических деталей в тех случаях, когда отсутствует источник электроэнергии. [6]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3. Характеристики и  особенности расчетов паяных  соединений

Пайка — это создание неразъемного соединения элементов конструкций  из: твердых материалов путем заполнения зазора между ними жидким более легкоплавким сплавом (припоем) и образование между швом и соединяемыми элементами прочной связи.

Сцепление в паяном соединении возникает  в основном за счет физико-химического  взаимодействия припоя в жидкой фазе и материала деталей и последующей кристаллизации. Для интенсификации взаимодействия между припоем и деталями и образования прочного соединения поверхности деталей очищают от окислов, масла и других загрязнений механическими или химическими методами.

Нагрев припоя и деталей при  пайке выполняют паяльником, газовой  горелкой, в печах и пр. При пайке в печах припой укладывают в виде проволочных и ленточных контуров, паст.

Пайка с помощью порошкообразного припоя используется довольно часто  для ремонта изношенных и поврежденных трещинами деталей.

Паяные конструкции получили широкое  распространение в различных отраслях машиностроения. Методами высокотемпературной пайки (капиллярной, диффузионной, контактно-реактивной, металлокерамической) получают неразъемные соединения со свойствами, близкими к свойствам основных материалов, и прочностью, превышающей прочность сварных соединений. Поэтому паяные соединения в ряде случаев вытесняют сварные (соединение деталей из высоколегированных жаропрочных сплавов и др.).

Паяные соединения иногда более  технологичны и прочны, так как  пайка позволяет также: получать соединения деталей в скрытых и малодоступных местах конструкции, а следовательно, изготовлять сложные узлы за один прием; паять не по контуру, а одновременно по всей поверхности соединения, что обеспечивает высокую прочность; соединять разнородные материалы; выбирать температуру пайки, сохраняя механические свойства материалов в изделии и обеспечивая совмещение нагрева под пайку и термическую обработку.

Рис. 3.2 Виды паяных соединений

Виды паяных соединений разнообразны. Кроме стыковых и нахлесточных соединений в конструкциях используют телескопическое (рис. 4.2, а), внахлестку с заклепкой (рис. 3.2, б) или штифтом (рис. 3.2, в), внахлестку со шпонкой (рис. 3.2, г), фальцевый замок (рис. 3.2, д).

Основные недостатки соединений: сравнительно невысокая прочность и высокая трудоемкость изготовления соединений методами высокотемпературной пайки.

При конструировании паяных изделий, наряду с выбором основного металла, производят выбор припоя и способа  пайки, так как последние существенно  влияют на выбор типа соединения, зазоров и условий сборки.[8]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.4. Характеристики и  особенности расчетов клеевых  соединений

Неразъемное соединение элементов  конструкций с помощью клея, образующего  между ними тонкую прослойку (клеевой  шов), называется клеевым.

Клеевые соединения получили в последние годы широкое распространение во многих отраслях машиностроения благодаря появлению клеящих материалов (конструкционных клеев) на основе синтетических полимеров, которые обладают высокой податливостью и благодаря этому обеспечивают склеивание практически всех материалов промышленного значения (стали, сплавы, медь, серебро, древесину, пластики, фарфор, ткани, кожу и многие другие). Еще одно достоинство состоит в возможности склеивания металлов и неметаллов. Благодаря этому клеевые соединения используют для производства материалов в форме слоистых листов (металлических листов с пластмассовым покрытием или пластмасс с покрытием из металла и т. д.).

Применение клеев в металлических  конструкциях позволяет надежно и прочно соединять разнородные металлы разной толщины, исключать более дорогие сварные и болтовые соединения

Области и объемы применения силовых слоевых соединений непрерывно растут. Современные самолеты .имеют до 500 м², а автобусы до 1500 м² силовых клеевых соединений (металлических и слоистых неметаллических конструкций). Клеевые соединения превосходят заклепочные и сварные соединения при работе на срез благодаря сравнительно полному использованию площади сопряжения соединяемых деталей.

Основные недостатки соединений: старение со временем, вызывающее существенное снижение прочности; невысокая теплостойкость (рабочая температура обычно не выше 300 °С), обусловленная органической природой клеев.[7]

4. ЗАКЛЕПОЧНЫЕ   СОЕДИНЕНИЯ

Заклепочным называют неразъемное  соединение деталей (обычно листовых) с помощью заклепки — сплошного или полого цилиндрического стержня с закладной головкой (рис 4.1). Соединение собирают путем установки заклепок в предварительно подготовленные отверстия в деталях (пакете листов) и последующей осадки (клепки) специальным инструментом второй замыкающей головки. В процессе клепки производят стяжку (сжатие) пакета, и за счет поперечной упругопластической деформации стержня происходит заполнение начального зазора между стержнем и стенками отверстия, приводящее часто к образованию натяга.

Рис.4.1.

Конструктивные формы заклепок: а—с полукруглой низкой головкой; б—с потайной головкой; в—с плоской  головкой; г—с полукруглой головкой;   д—с   полупотайной   головкой;   е—пустотелая

Области применения и виды соединений.

Соединения применяют в основном в авиа- и судостроении, металлоконструкциях и других изделиях, в которых внешние нагрузки действуют параллельно плоскости стыка, а применение сварки, пайки и склеивания оказывается невозможным по конструктивным или технологическим соображениям (не свариваемые материалы, недопустимость нагрева и т. п.).

По назначению различают прочные, плотные (герметичные) и прочноплотные соединения. Прочными называют соединения, основная задача которых состоит в передаче нагрузки. Плотные соединения должны обеспечивать главным образом герметичность конструкций (например, топливных баков и др.)- Прочноплотные соединения служат как для передачи нагрузки, так и для обеспечения герметичности конструкций. Ранее они применялись в паровых котлах, резервуарах, баках и других устройствах. Ныне их используют в авиа- и судостроении, обеспечивая иногда плотность с помощью клея.

По конструкции различают: соединения внахлестку и соединения встык с одной или двумя накладками.

Заклепки в соединении располагают простыми или шахматными рядами.

Использование в конструкции  той или иной формы головки  определяется преимущественно эксплуатационными требованиями  (аэродинамическими и т. п.).

Основные недостатки соединений связаны с невысокой технологичностью и высокой трудоемкостью изготовления, а также со сложностью контроля качества.

Материалы заклепок.

Заклепки изготовляют  из пластичных сталей (например, сталей 15, 20, 09Г2, 20ХМА, 20ГА и др.), алюминиевых (В65, АД1, АМг5Г и др.) и титановых (ОТ4, ВТ16 и др.) сплавов, латуни.[9]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. РЕЗЬБОВЫЕ  СОЕДИНЕНИЯ

Резьбовыми называют соединения деталей  с помощью резьбы. Области их использования необычайно широки, свыше 60% всех деталей машин имеют резьбу.

Резьбовое соединение образуется двумя (реже тремя) деталями. У одной из них на наружной, а у другой на внутренней поверхности имеются расположенные по винтовой поверхности выступы — соответственно наружная и внутренняя резьба.

Резьбу получают (формируют) методом резания, накатыванием (обработкой давлением), литьем и прессованием (ком: позиционных материалов, порошков).

Резьба может изготовляться  на цилиндрической (цилиндрическая резьба) или конической (коническая резьба) поверхности заготовок. Основное применение имеют детали с цилиндрической резьбой. Коническая резьба применяется преимущественно в соединениях труб (буровых, обсадных и др.)

Если на поверхность детали наносится  один винтовой выступ, резьбу называют однозаходной. В механизмах применяют также двух- и трехзаходные резьбы, называемые многозаходными.

По форме сечения канавки  различают цилиндрические резьбы: упорную, прямоугольную, трубную, трапецеидальную и др. Основными параметрами цилиндрических резьб являются: наружный, средний и внутренний диаметры резьбы, шаг резьбы Р, угол профиля и число заходов n.

По направлению винтовой линии  различают правую (используется в  абсолютном большинстве конструкций) и левую резьбу.

Наибольшее распространение  в машино- и приборостроении имеет метрическая резьба по ГОСТ 8724—81 с крупным и мелким шагами. Она обозначается буквой М и цифрами (цифрой), показывающими наружный диаметр резьбы (например, резьба, имеющая диаметр 24 мм, обозначается М24). В обозначении резьбы с мелким шагом, кроме диаметра, в форме сомножителя указывается ее шаг (например, М24Х1,5 диаметр резьбы 24 мм и шаг 1,5 мм).Области применения других типов резьб ограничены специальными конструкциями.

В СССР и других странах были разработаны стандарты на основные определения и обозначения элементов резьб, а также типы резьб, которые согласованы с международными стандартами ISO. 

Крепежные детали и типы соединений.

Наибольшее распространение среди  резьбовых деталей получили крепежные  болты, шпунты, шпильки, гайки и вставки (рис 5.1).

Рис. 5.1 Основные типы резьбовых соединений: 
а—болтом;  б—винтом; в—шпилькой; г—винтом со вставкой;  
д—винтом с резьбовой втулкой

Болт (рис 5.1, а) и винт (рис 5.1,б)  — стержень с головкой и одним резьбовым концом. Шпилька (рис. 5.1, в) имеет два резьбовых конца. Вставка представляет собой по форме винтовую пружину из проволоки ромбического сечения (рис. 5.1,г), завинчиваемую с натягом в резьбовое отверстие, или втулку с внутренней резьбой, завинчиваемую или заливаемую в корпусную деталь (рис. 5.1,д). С помощью этих  деталей образуют большинство разъемных соединений в конструкциях. Выбор типа соединения определяется:

- прочностью материала соединяемых деталей,

- простотой сборки и разборки соединения

- простотой эксплуатации, а также особенностями конструкции и технологии изготовления соединяемых деталей.

Соединения болтом применяют только при наличии доступа к гайке и головке, для скрепления деталей сравнительно небольшой толщины  (например, при скрепления специальных поясков или фланцев,  а  также при многократной  разборке и сборке соединений. В последнем случае (особенно при большой толщине соединяемых деталей) предпочтение отдают также соединениям   винтом   или шпилькой.

Соединения винтом и шпилькой применяют для скрепления деталей при наличии доступа монтажного инструмента лишь с одной стороны (к гайке). При этом шпильки используют обычно для соединения деталей корпусов из материалов с невысокой прочностью (чугуна, алюминиевых и магниевых сплавов, композиционных материалов), а винты—для соединения деталей корпусов из высокопрочных материалов (сталей и сплавов). Область применения соединений винтом в силовых конструкциях ограничена, предпочтение отдается соединениям шпилькой. Шпильки фиксируют (стопорят) в корпусной детали (посадкой на резьбе с натягом, завинчиванием на сбег резьбы, с помощью клея и т. д.) для предотвращения вывинчивания их при отвинчивании гаек.

Вставки применяют в основном для  повышения износостойкости резьбы в корпусах из материалов с невысокой прочностью, а также для повышения прочности соединений.

Резьбовые втулки используют преимущественно  в корпусах из композиционных материалов.

Для предотвращения повреждения поверхностей соединяемых деталей при завинчивании гаек под них подкладывают шайбы.

Конструктивным разнообразием  отличаются стержни болтов (винтов). Наряду с обычной, наиболее распространенной формой болта  применяют другие конструкции. Болт в отличие от предыдущего имеет диаметр стержня несколько больше наружного диаметра резьбы. Такие болты устанавливают в отверстия корпусов без зазора. В ряде ответственных соединений для увеличения податливости применяют полые болты.

Формы головок болтов и гаек  также разнообразны, выбор их для практического использования определяется преимущественно условиями работы соединений, технологией изготовления  крепежных деталей  и  их сборкой.

Для фиксирования деталей на валах, осях и др. применяют установочные винты с резьбой по всей длине  стержня и упорным наконечником

В нашей стране и за рубежом существуют стандарты на шайбы, болты, винты и гайки наиболее распространенных форм. Материалы крепежных деталей. Основные материалы болтов (винтов), шпилек и гаек и их механические характеристики нормированы ГОСТ 1759—82.

Выбор материала определяется условиями работы (прочностью, условиями окружающей среды и т. п.) и технологией изготовления. Стержни болтов в массовом производстве изготовляют из пластичных сталей 10, 15, 15Х, 16ХСН и др. на автоматах методом холодной высадки, резьбу на болтах накатывают. В специальных конструкциях, к которым предъявляются жесткие требования по массе, коррозионной и теплостойкости, применяют крепежные детали из пластмасс, титановых и бериллиевых сплавов, а также из коррозионно-, жаростойких и жаропрочных сталей.[6]

 

 

 

 

 

 

6.СОЕДИНЕНИЯ ТИПА ВАЛ  — СТУПИЦА

Для передачи вращения от вала к ступице  зубчатого колеса, шкива, звездочек и других соосных деталей широко используют различные соединения: фрикционные и зацеплением. В фрикционных соединениях (с натягом, конических и др.) фиксирование взаимного положения деталей и передача нагрузки между ними происходят за счет сил сцепления (трения). В соединениях зацеплением (шпоночных, шлицевых и др.) передача нагрузки осуществляется за счет силового замыкания деталей через шпонки, зубья и другие подобные детали. Благодаря этому соединения являются разъемными, осуществляют фиксацию деталей в окружном направлении и допускают осевое взаимное смещение деталей в процессе работы. Однако трудоемкость изготовления таких соединений сравнительно высокая.