Тема 3.14. Нероз’ємні з’єднання

 

План

1. Нероз’ємні з’єднання, їх класифікація, застосування

2. Зварні з’єднання. Основні види зварних з’єднань і типи швів. Розрахунок на міцність зварних швів

3. Заклепкові з’єднання. Сфера застосування. Основи розрахунку. Матеріали заклепок

4. Клейові з’єднання. Переваги, недоліки, застосування. Розрахунок клейових з’єднань

 

 

1476897440-ba65f08d9627c5be5235088c2ed061a2

 

     1. Нероз’ємні з’єднання, їх класифікація, застосування

 

Нероз’ємними називають з’єднання, які не дають можливості розібрати конструкцію без руйнування з’єднуваних деталей. Нероз’ємні з’єднання, як правило, встановлюють там, де розчленування конструкції диктує технологія – можливість, зручність чи економічність виготовлення. Такі з’єднання розміщують у місцях, що називають технологічними розрізами. Застосування технологічних розрізів не підвищує ваги цієї конструкції порівняно із вагою нерозрізної конструкції чи збільшує її незначно.

Нероз’ємні з’єднання можна здійснювати такими методами:

- механічними засобами – заклепуванням, вальцюванням, посадкою з натягом;

- силами фізико-хімічного зчеплення – зварювання, паяння, склеювання.

 

2. Зварні з’єднання. Основні види зварних з’єднань і типи швів. Розрахунок на міцність зварних швів

 

154_ipsweld

 

З’єднання деталей за допомогою зварювання – місцевого нагрівання стику деталей до розплавленого стану називають зварними. Утворення таких з’єднань базується на використанні сил молекулярного зчеплення.

Класифікація зварних з’єднань така:

- залежно від взаємного розміщення деталей:

стикові (рис. 14.1а);

 

основные типи св швов 07 копия

 

напусткові (рис. 14.1б);

 

основные типи св швов 11 копия

 

 таврові (рис. 14.1в);

 

основные типи св швов 02 копия

 

 кутові (рис. 14.1г);

 

основные типи св швов 01 копия

                                                                          

15_0007

а                     б                      в             г

Рис. 14.1. Схеми зварних з’єднань за розміщенням деталей

 

- за розміщенням зварних швів щодо лінії дії сили: лобові (рис. 14.2а); флангові (рис. 14.2б); комбіновані (рис. 14.2в);

 

Рис. 14.2. Схеми зварних з’єднань за розміщенням зварних швів

 

- за формою поперечного перетину валикових швів: нормальний (рис. 14.3а); підсилений (рис. 14.3б); послаблений (рис. 14.3в).

 

 

Рис. 14.3. Форми поперечного перетину валикових швів

Стикові зварні з’єднання є найраціональнішими.

 

1331423

 

Вони є з прямими і косими швами. Поблизу стику деталі повинні мати рівну товщину  для забезпечення однакового нагріву. Залежно від товщини  зварювані деталі виготовляють із підготовленими крайками, форми деяких показано на рис. 14.4. На креслениках стикові зварні з’єднання позначають, наприклад, «С11», де С – стиковий шов; 11 – форма розробки крайок.

 

Безымянный

Рис. 14.4. Приклади деяких форм розробки крайок

 

Напусткові зварні з’єднання виконують за допомогою валикових швів: лобових, флангових або комбінованих з формою поперечного перетину – нормальних, підсилених або послаблених.

 

tig_svarka_nerjavejki_2

 

Довжину лобових швів у напусткових з’єднаннях не обмежують, а довжина флангових має бути меншою , оскільки зі збільшенням довжини підвищується нерівномірність розподілення напружень у шві.

Таврові зварні з’єднання (рис. 14.5) використовують у разі розміщення деталей у взаємно перпендикулярних площинах.

 

67

.

 

Безымянный

 

Рис. 14.5. Приклади деяких форм розробки крайок таврових з’єднань

 

На креслениках таврові зварні з’єднання позначають, наприклад, «Т10», де Т – тавровий шов; 10 – форма розробки крайок.

Кутові зварні з’єднання (рис. 14.6) здійснюють без попередньої підготовки крайок і з підготовкою крайок. Їх використовують переважно для забезпечення щільності.

 

post-9130-053371300 1287945177

  

16_0007 

Рис. 14 6. Приклади деяких форм розробки крайок кутових з’єднань

 

На креслениках кутові зварні з’єднання позначають, наприклад, « У6», де У – кутовий (угловой) шов; 6 – форма розробки крайок.

 

Сфера застосування

Зварні з’єднання є найдосконалішими з нероз’ємних з’єднань. Вони не вимагають додаткових деталей. Міцність з’єднання залежить від однорідності та безперервності матеріалу зварного шва і навколишньої його зони.

У сучасному машинобудуванні використовують різні способи зварювання. Переважне використання знаходять: ручне та автоматичне дугове зварювання металевим електродом, електрошлакове, контактне – стикове, шовне та точкове. Кожний із них має свої конкретні галузі застосування.

Ручне дугове зварювання використовують переважно для з’єднань із короткими або складними конфігураціями, а також в індивідуальному та мало серійному виробництві.

 

svarka_new

 

 

 

 

Автоматичне дугове зварювання доцільно використовувати для неперервних прямолінійних та кільцевих швів значної довжини, особливо в великосерійному виробництві.

 

 

 

Електрошлакове зварювання металевим електродом відрізняється від дугового тим, що нагрівання здійснюють теплом, що виділяється під час проходження струму через шлакову ванну. Цей спосіб дуже продуктивний, ним зварюють сталеві та чавунні вироби завтовшки до одного метра.

 

 

 

Контактне зварювання основане на нагріванні стику деталей теплотою, яка виділяється під час проходження електричного струму. Цим зварюванням з’єднують деталі, виготовлені із тонколистових елементів.

 

 

 

Розрахунки на міцність

Під час проектування зварних з’єднань основною умовою є забезпечення рівноміцності їх і з’єднуваних елементів деталей. Згідно з цією умовою залежно від розмірів та взаємного розміщення деталей установлюють і визначають розміри зварних швів. У багатьох випадках, коли розміри зварних швів визначають за формою деталей, то розрахунки виконують як перевірні.

 

Розрахунок стикових зварних з’єднань

Стикові зварні з’єднання, показані на рис. 14.7, працюють на деформацію розтягування. Для таких з’єднань із прямим і косим швами умова міцності для перевірочного розрахунку має вигляд:

                                  .                              (14.1)

 

16_0004

 

Рис. 14.7. Розрахункова схема стикового з’єднання

 

Під час проектного розрахунку визначають довжину  зварного шва

                                            .                                     (14.2)

 

Розрахунок напусткових зварних з’єднань

Напусткове зварне з’єднання, показане на рис. 14.8, працює на деформацію зрізу за найменшим перерізом, який знаходиться у бісектрисній площині прямого кута в поперечному перерізі валикового шва. Для такого з’єднання умова міцності для перевірного розрахунку має вигляд:

 

                                         .                              (14.3)

  

16_0005

   

Рис. 14.8. Розрахункова схема напусткового з’єднання

Під час проектного розрахунку визначають довжину   зварного шва

                                         .                                (14.4)

Допустимі напруження для зварних з’єднань  і   визначають у частках від допустимого напруження розтягування  для основного матеріалу згідно з рекомендаціями наведеними у довідниках.

У навчальній і довідковій літературі з деталей машин наведено багато інших схем зварних з’єднань і їх розрахунків.

 

3.  Заклепкові з’єднання. Сфера застосування. Основи розрахунку. Матеріали заклепок

 

1klepka

 

Заклепкові з’єднання це такі, які утворюють за допомогою спеціальної деталі – заклепки, яку встановлюють в отвори з’єднуваних деталей. Отвори в деталях під заклепки виконують свердлінням або продавлюванням. Клепання виконують ручним або машинним способом, у холодному або гарячому стані.

Заклепка має, як правило, циліндричний стрижень і закладну головку на одному кінці. Стрижень у заклепок може бути

суцільним (рис. 14.1),

 

1487605

 

напівсуцільним (рис. 14.2)

 

Semi_Tubular_Rivets

 

 і трубчастим (рис. 14.3).

 

025766-1-b

 

 Форми головок – півкруглі,

 

aluminium-solid-rivets-250x250

 

 конусні,

 

zaklepka_s_potaynoy_golovoy

 

 циліндричні

 

1189539

 

 та комбіновані.

 

00632303-b-2-industrial-copper-rivets-250x250

  

15_0006

Рис. 14.1

 

15_0001

 

Рис. 14.2

 

15_0003

 

 

Рис. 14.3. Конструкції заклепок

 

Форма та розміри основних видів заклепок стандартизовані.

Матеріал заклепок має бути достатньо пластичним, щоб забезпечити формування замикаючих головок. Заклепки бувають сталеві, алюмінієві, латунні, мідні та інші. Група заклепок утворює заклепковий шов.

 

 

 

 

Класифікація заклепкових з’єднань така:

- залежно від взаємного розміщення деталей: стикові – з однією накладкою (рис. 14.4) і з двома накладками (рис. 14.5); напусткові (рис. 14.6);

 

15_0002

Рис. 14.4. Схеми стикових заклепкових з’єднань

 

15_0008

Рис. 14.5. Схеми стикових заклепкових з’єднань

 

 

Рис. 14.6. Схеми напусткових заклепкових з’єднань

 

- за розміщенням заклепкових швів щодо лінії дії сили: лобові (рис. 14.7а); флангові (рис. 14.7б); комбіновані або з шаховим розміщенням (рис. 14.7в);

 

 

Рис. 14.7. Схеми розміщення заклепкових швів

 

- за призначенням заклепкові шви поділяють на міцні, щільноміцні та щільні.

Сфера застосування

Заклепкові з’єднання застосовують у конструкціях, що не допускають зварювання через небезпеку викривлення деталей або відпускання загартованих деталей, яке може відбутися під час нагрівання, а також у конструкціях, частини яких виготовляють з матеріалів, що не можуть зварюватися. Використовують заклепкові з’єднання головним чином у різних металевих конструкціях, що сприймають інтенсивні вібраційні або ударні навантаження.

 

 

 

Заклепкові з’єднання досить трудомісткі, вимагають великих витрат матеріалу, мають малу продуктивність під час виготовлення та високу вартість.

Розрахунки на міцність

Основні розміри заклепкового з’єднання (рис. 14.8) вибирають із довідників: діаметр заклепок  за ,  за ; крок заклепок ; відстань між рядами , а відстані заклепок до краю  і .

 

Рис. 14.8. Розміри заклепкового з’єднання

 

Оскільки основні розміри заклепкового з’єднання можуть бути вибрані попередньо, то розрахунок на міцність виконується як перевірний або як результат проектного розрахунку визначають потрібне число заклепок .

Під час розрахунку заклепкових з’єднань, у яких лінія дії навантаження проходить через центр ваги вважають, що все зовнішнє навантаження сприймається стрижнями заклепок і всі заклепки навантажуються рівномірно.

 

Розрахунок стикових заклепкових з’єднань

 

На рис. 14.9 показано розрахункову схему стикового заклепкового з’єднання з двома накладками. У такому з’єднанні заклепки працюють на деформації зрізу і зминання.

Перевірка міцності заклепок на зріз:

                                       .                                     (14.5)

        

         Перевірка міцності заклепок на зминання:

                                           .                                 (14.6)

 

 

Рис. 14.9. Схема стикового заклепкового з’єднання з двома накладками

 

Під час проектного розрахунку із наведених умов міцності визначають число заклепок:

                                 ;   .                         (14.7)

Остаточно із двох умов приймають число заклепок більше. Це число заклепок відносять до частини по один бік стику, таке саме число приймають і по другий бік стику.

За цих умов міцності:  – число перерізів заклепки;  – мінімальна товщина зминання;  і  – допустимі напруження заклепок, відповідно на зріз і зминання, які залежать від їх матеріалів, способу виконання отворів у деталях, характеру навантаження – вибирають із довідкової літератури.

 

Розрахунок напусткових заклепкових з’єднань

 

На рис. 14.10 показано розрахункову схему напусткового заклепкового з’єднання. У такому з’єднанні заклепки працюють на деформації зрізу і зминання.

Перевірка міцності заклепок на зріз:

                                           .                                      (14.8)

Перевірка міцності заклепок на зминання:

                                            .                                 (14.9)

 

 

 

Рис. 14.10. Схема напусткового заклепкового з’єднання

 

Під час проектного розрахунку із наведених умов міцності визначають число заклепок:

                          ;   .                          (14.10)

Остаточно із двох умов приймають число заклепок більше. 

За цих умов міцності:  – мінімальна товщина зминання;  і  – допустимі напруження заклепок, відповідно на зріз і зминання, які залежать від їх матеріалів, способу виконання отворів у деталях, характеру навантаження – вибирають із довідкової літератури.

 

4.  Клейові з’єднання. Переваги, недоліки, застосування. Розрахунок клейових з’єднань

 

1

 

 

У машинобудуванні дедалі частіше застосовують з'єднання металевих і неметалевих деталей різними клеями, виготовленими на основі синтетич­них смол.

Клейові з'єднання мають такі переваги: можливість з'єднання деталей малої товщини і з різнорідних матеріалів, забезпечення герметичності і стійкості проти корозії. До недоліків клейових з'єднань належать: порів­няно низька теплостійкість, зниження міцності деяких синтетичних ма­теріалів з часом, а також залежність міцності з'єднання від якості підго­товки поверхні і режиму склеювання.

Клеї готують у вигляді спеціальних розчинів фенолформальдегідних, кремнійорганічних, епоксидних та інших синтетичних смол і сполук. Границя міцності клейового шва для випадків зсуву або відриву коли­вається від 10 до 60 МПа і залежить від конструкції з'єднання, марки клею і температури, за якої працює шов. Під час склеювання неметалевих матеріалів зазвичай досягають однакової міцності з'єдну­ваних деталей і клейового шва. Але під час склеювання металів клейовий шов завжди значно менш міцний, ніж метал. Найміцнішими є такі з'єднання, які працюють тіль­ки на відрив або тільки на зсув. За конструкцією клейові з'єднання схожі на зварні (рис. 14.11).

 

Рис. 14.11

 

Для клейових з'єднань деталей реко­мендують:

- епоксидний клей, що являє собою в'язку масу, до якої під час склеювання додають спеціальний поро­шок – наповнювач (фарфорове борошно або цемент). Клей з наповню­вачем застосовують для склеювання легких металів, текстоліту з чаву­ном або сталями, а без наповнювача – для склеювання силікатного скла, фарфору або кераміки з металами або одного з одним. Пошириніший епоксидний клей марок АМ-1 й ЗД-6;

- клей універсальний БФ (фенолополівінілацетальний), який випускають готовим до використання і застосовують для склеювання алюмінієвих і мідних сплавів, сталі, пластмас та інших неметалевих ма­теріалів у будь-якому їх поєднанні. Клей БФ створює захисний антикоро­зійний шар.

Поверхні склеюваних деталей мають бути старанно оброблені,  припасовані одна до одної, очищені від жиру і бруду. Щоб поліпшити склеювання, поверхні зачищають наждачною шкуркою, обдувають піском або застосовують інші способи.

 

м316

 

Запитання для самоконтролю

1.        Які з’єднання називають нероз’ємними?

2.        Прокласифікуйте нероз’ємні з’єднання.

3.        Які з’єднання називають зварними?

4.        Як класифікують зварні з’єднання залежно від взаємного розміщення деталей?

5.        Як класифікують зварні з’єднання за розміщенням зварних швів щодо лінії дії сили?

6.        Які є способи зварювання? Охарактеризуйте їх.

7.        За якими напругами виконують розрахунок стикових і напусткових зварних з’єднань?

8.        Які з’єднання називають заклепковими?

9.        Прокласифікуйте заклепкові з’єднання.

10.    За якими напругами виконують розрахунок стикових і напусткових заклепкових з’єднань?

11.    Укажіть сферу застосування клейових з’єднань.

 

 

 

Попередня тема                                     Теоретичні відомості                                     Наступна тема