Соединения деталей и узлов машин (стр. 3 из 9)

Для фиксации осевого положения иногда используют бурты на валах.

6. Клиновые соединения

Клиновым называют разъемное соединение, затягиваемое или регулируемое с помощью клина. Типичным примером клинового соединения является соединение стержня со втулкой. Соединение обычно затягивают, забивая клин или перемещая его посредством винта.

Рисунок 6 – Клиновые соединения стержня со втулкой

Достоинства клинового соединения: 1) быстрота сборки и разборки; 2) возмжность создания больших сил затяжки и возможность восприятия больших нагрузок; 3) относительная простота конструкции.

По назначению клиновые соединения разделяют на: 1) силовые, предназначенные для прочного скрепления деталей; 2) установочные, предназначенные для установки и регулирования требуемого взаимного положения деталей.

Силовые соединения применяют для постоянного скрепления при редких разборках в машинах и при частой сборке и разборке в приспособлениях для обработки деталей на станках и в сборных литейных моделях.

Большинство силовых клиновых соединений выполняют с предварительным натягом: клином создается внутренняя сила, действующая и при отсутствии внешней нагрузки. Установочные клиновые соединения обычно выполняют без предварительного натяга с силовым замыканием, преимущественно нагрузкой от сил тяжести.

В клиновых соединениях применяют почти исключительно односкосные клинья. Рабочие поверхности клиньев выполняют цилиндрическими или плоскими с фасками. В крепежных клиновых соединениях уклоны выбирают из условия самоторможения равными 1:100, 1:50, в часто затягиваемых и установочных клиньях - 1:20, 1: 10, 1:4.

Рисунок 7 – Расчётные схемы клинового соединения

Примерные соотношения размеров клиньев в соединении стержня диаметром d со втулкой:

толщина клина (из условия равнопрочности стержня на растяжение и на смятие клином) b=(0,25?0,3)d; высота сечения клина h≥2,5b.

При забивании и выбивании клина (в соответстивии с рисунком 7), а суммарные силы на рабочих гранях клина наклонены к нормалям на угол трения φ в сторону, обратную перемещению клина. Обозначим силу забивания клина через F, а силу, развиваемую на стержне,- через Q. В установочных клиновых соединениях она равна полезной внешней нагрузке Q=Q_вн. В соединениях с предварительным натягом по условию, что после приложения внешней нагрузки в соединении сохраняется натяг, расчетная сила в стержне Q=(1,25?1,5)Q_вн. Согласно условию равновесия клина в направлении его оси можно записать F=Q[tg(α+φ)+tgφ].

Сила выбивания клина

Самоторможение определяется условием, что сила F₁ больше или равна нулю. Полагая в предыдущем уравнении F₁≥0, получаем

, отсюда α≤2φ.

Таким образом, угол односкосного клина или сумма углов сторон (угол заострения) двускосного клина должны быть меньше двойного угла трения на рабочих гранях.

Расчетный коэффициент трения обычно принимают равным 0,1; тогда φ≈5°45'. Однако при пластичном смазочном материале и чистых поверхностях коэффициент трения может снижаться до 0,04. Наоборот, при сухих обезжиренных поверхностях коэффициент трения возрастает до 0,2?0,3 и более. В крепежных клиновых соединениях обеспечивается значительный запас самоторможения. При уклонах, меньших 1:25, и постоянной нагрузке нет необходимости в специальных стопорных устройствах, предохраняющих соединения от самопроизвольного ослабления. В остальных случаях клинья специально закрепляют.

При расчёте клина предпологают, что давление по поверхности контакта распределяется равномерно (рисунок 7, б). В действительности распределение давления особенно при больших нагрузках более благоприятно для прочности клина на изгиб (рисунок 7, в).

Дополнительно проверяют поверхность контакта клина и втулки на смятие, хвостовую часть стержня на срез, а также прочность втулки как толстостенной трубы, подверженной внутреннему давлению.

7. Профильные соединения

Профильными называют соединения, в которых ступица (втулка) насаживается на фасонную поверхность вала и таким образом обеспечивается жесткое фиксирование деталей в окружном направлении и передача вращения. В качестве примера показано соединение на квадрате со скругленными углами (для снижения концентрации напряжений); применяются также соединения эллиптического и треугольного сечений.

Рисунок 8 – Профильное соединение

По сравнению со шпоночными и шлицевыми эти соединения имеют небольшую концентрацию напряжений и более высокую точность центрирования. Однако сложность изготовления профильной поверхности ограничивает области применения соединений.

Расчет соединений. Профильные соединения рассчитывают на смятие. Условие прочности по допускаемым напряжениям для соединения имеет обычный вид:

где l - длина соединения, обычно l=(1?2)d; b - ширина прямолинейной части грани; [σ_см] допускаемое напряжение смятия, для термообработанных поверхностей [σ_см]=100?140 МПа.

8. Сварные соединения

Сварные соединения - это неразъемные соединения, основанные на использовании сил молекулярного сцепления и получаемые путем местного нагрева деталей до расплавленного состояния (сварка плавлением электродуговая, электрошлаковая и др.) или до тестообразного состояния, но с применением механической силы (контактная сварка).

Дуговая сварка металлическим электродом осуществляется электрической дугой между электродом и изделием. Выделяемое тепло оплавляет соединяемые детали и расплавляет электрод (или присадочный материал), который дает дополнительный металл для формирования шва. Дуговая электрическая сварка является крупным русским изобретением (Н. И. Бенардос, 1882 г., и Н. Г. Славянов, 1888 г.).

Основным способом механизированной дуговой сварки, обеспечивающим ысокое качество шва, производительность и экономичность процесса, является автоматическая сварка под слоем флюса. Особенно эффективно применение автоматической сварки в серийном производстве и для конструкций с длинными швами. Для конструкций с короткими разбросанными швами применяют полуавтоматическую шланговую сварку, а при малом объеме сварочных работ ручную дуговую сварку.

Для сварки металлических деталей малой толщины, деталей из высоколегированных сталей, цветных металлов и сплавов получили распространение дуговая сварка в среде защитных газов, сварка в углекислом газе и аргонодуговая сварка.

Электрошлаковая сварка так же, как и дуговая, представляет собой сварку плавлением; при прохождении тока через шлаковую ванну от электрода к изделию выделяется теплота, расплавляющая основной и присадочный материалы. Электрошлаковая сварка предназначена для соединения деталей толщиной от30 мм до 1?2 м. Электрошлаковая сварка позволяет заменять сложные тяжелые цельнолитые и цельнокованые конструкции сварными из поковок, отливок или листов, позволяет формировать переходные поверхности (галтели), что значительно облегчает и удешевляет производство. Электрошлаковую сварку применяют, в частности, для чугунных отливок.

Контактная сварка основана на разогреве стыка теплотой, выделяющейся при пропускании через него электрического тока, и сдавливании деталей. Контактную сварку применяют преимущественно в серийном и массовом производствах.

При сварке трением используется теплота, выделяемая в процессе относительного движения свариваемых деталей, преимущественно тел вращения.

Применяют также специальные виды сварки:

1) диффузионную, позволяющую соединять разнородные материалы и обеспечивающую минимальное изменение свойств соединения по сравнению со свойствами основных материалов;

2) электронно-лучевую (весьма экономически выгодную) и лазерную, обеспечивающие узкую зону проплавления, малые деформации и позволяющие сварку закаленных деталей;

3) радиочастотную, преимущественно применяемую для тонких труб и весьма производительную;

4) ультразвуковую в приборостроении для деталей малой толщины из однородных и разнородных металлов;

5) сварку взрывом, преимущественно для покрытий.

Существенные перспективы, в частности для повышения

производительности сварки и резки, дает применение плазменного процесса.

Весьма эффективны наплавки, повышающие износостойкость в 3?10 раз. Возможна наплавка слоя практически любого металла или сплава на заготовку из обычной конструкционной стали.

Широко применяют восстановительные наплавки, но еще недостаточно применяют наплавки, выполняемые в процессе изготовления, хотя они наиболее выгодны. Успешно наплавляют клапаны автомобильных двигателей и дизелей, лемехи, бандажи железнодорожных колес, прокатные валки.

Разработана сварка пластмасс газовыми теплоносителями, нагревательными элементами ТВЧ., ультразвуком, трением, с помощью химических реакций.

Сварные соединения по взаимному расположению соединяемых элементов можно разделить на следующие группы:

1) Соединения стыковые. Соединяемые элементы являются продолжением один другого, сварку производят по торцам.