Виды неразъемных соединений. Расчет на прочность

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Сварные соединения

Паяные соединения

Клеевые соединения

Заклёпочные соединения

Соединение деталей с гарантированным натягом (прессовые соединения)



Введение

Взаимодействие деталей между собой называют связями. Эти связи делятся на подвижные (шарниры, зубчатые зацепления, подшипники, ременные и цепные передачи) и неподвижные (заклепочные, сварные и другие). Неподвижные связи в технике называют соединениями. Соединения состоят из соединительных деталей и прилегающих частей соединяемых деталей, форма которых подчинена задаче соединения. В отдельных конструкциях специальные соединительные детали могут отсутствовать.

Соединения по признаку возможности разборки делят на разъемные и неразъемные.

Разъемными называют соединения, которые разъединяются без повреждения деталей. К ним относятся резьбовые, шпоночные, зубчатые и профильные соединения. Основным расчетом соединений является расчет на прочность. Расчет на прочность является основным критерием для расчета всех соединении. При этом необходимо стремиться к тому, чтобы прочность соединяемых и соединительных деталей была одинаковой.

Неразъемными называют соединения, разъединение которых невозможно без разрушения соединяемых деталей или соединяющего материала. К ним относят заклепочные, сварные клеевые, паяные соединения, а также соединения с натягом.

Выбор типа соединения определяет инженер.



Сварные соединения

сварной прессовый паяный заклепочный

Сварка -- это технологический процесс получения неразъемного соединения металлических или неметаллических деталей с применением нагрева (до пластического или расплавленного состояния), выполненного таким образом, чтобы место соединения по механическим свойствам и своему составу по возможности не отличалось от основного материала детали.

Рис. 1. Получение сварного шва газовой сваркой

Сварным соединением называют неразъемное соединение деталей с помощью сварных швов. Если в заклепочном соединении соединяющим элементом является заклепка, то в сварных - расплавленный металл, создающий при остывании неразъемное соединение, то есть такое, которые не может быть разобрано без повреждения деталей. Сварные соединения лучше других приближают составные детали к целым и позволяют изготавливать детали неограниченных размеров. Прочность сварных соединений при статических и ударных нагрузках доведена до прочности деталей из целого металла

Расчет стыковых соединений.

Швы этих соединений работают на растяжение или сжатие в зависимости от направления действующей нагрузки (рис.2, а и б). Основным критерием работоспособности стыковых швов является их прочность. Соединение разрушается в зоне термического влияния и рассчитывается по размерам сечения детали по напряжениям, возникающим в материале детали. 

Рис. 2. К расчету стыковых соединений

Проверочный расчет прочности шва на растяжение.

Условие прочности:

, (1)

где , -- расчетное и допускаемое напряжения на растяжение для шва (табл.1); F -- нагрузка, действующая на шов; д -- толщина детали (толщину шва принимают равной толщине детали); lш -- длина шва.

Расчет угловых швов нахлесточных соединений.

При действии осевой растягивающей (или сжимающей) силы считают, что срез угловых швов происходит по сечению I-I (рис. 3), проходящему через биссектрису прямого угла.

Рис. 3. К расчету соединения внахлестку. Лобовой шов

Опасным напряжением считают касательное напряжение и расчет ведут на срез (напряжениями изгиба пренебрегают). Для нормальных угловых швов длина биссектрисы

, (2)

где h -- длина биссектрисы (высота шва в опасном сечении); К -- катет шва (принимается не менее 3 мм).

Проверочный расчет. Условие прочности одностороннего лобового шва на срез:

, (3)

где , -- расчетное и допускаемое напряжения среза для шва (см. табл.1); lш -- длина шва; F -- нагрузка, действующая на шов.

Расчет тавровых швов.

Рассмотрим наиболее характерные случаи нагружения тавровых швов, которые могут встречаться также и в комбинациях.

Рис. 4

а) нагрузка моментом в плоскости шва

Если привариваемая деталь круглая (рис.4, а) (шов круглый кольцевой), то расчет шва проводится на кручение в кольцевом сечении, расположенном под углом 45° к основанию шва.

где - полярный момент инерции расчетного сечения;

R - расстояние до наиболее удаленного от центра волокна, сечения шва.

Если сечение шва не круглое (рис.4, б), то оно всё же условно рассчитывается по уравнение кручения для круглых стержней. В этом случае принято пренебрегать возникающим при такой расчетной схеме короблением сечения и нелинейный характером эпюр напряжений:

где - условный полярный момент инерции сечения;

- допускаемое напряжение кручения для наплавленного металла шва.

; .

б) внецентренно приложенная нагрузка или нагрузка моментом



Рис. 5

Нагрузка состоит из изгибающего момента M = M0 или M = Pl и перерезывающей силы Р (при нагрузке только моментом M0 перерезывающая сила отсутствует).

Шов рассчитывается на изгиб и срез, но не по нормальным, а по касательным напряжениям в наклонных сечениях под углом 45° к основанию шва. Полное касательное напряжение равно векторной сумме напряжений от момента и перерезывающей силы

; .

В данном примере

; .

В любом случае для расчёта самых сложных сварных швов сначала необходимо привести силу и момент к шву и распределить их пропорционально несущей способности (длине) всех простых участков.



Паяные соединения

Паяные соединения -- неразъемные соединения, образуемые силами молекулярного взаимодействия между соединяемыми деталями и присадочным материалом, называемым припоем. Припой-сплав (на основе олова, меди, серебра) или чистый металл, вводимый в расплавленном состоянии в зазор между соединяемые деталями. Температура плавления припоя ниже температуры плавления материалов деталей. По конструкции паяные соединения подобны сварным (рис. 6, а - в). преимущественное применение имеют соединения внахлестку. Стыковое соединение и соединение втавр применяют при малых нагрузках.

Рис.6

Размер зазора в стыке определяет прочность соединения. При малом зазоре лучше проявляется эффект капиллярного течения припоя, процесс растворения материалов деталей в расплавленном припое распространяется на всю толщину паяного шва (прочность образующегося раствора на 30…60% выше прочности припоя).

Размер зазора принимают 0,03…0,2 мм в зависимости припоя (легкоплавкий или тугоплавкий) и материала деталей.

Припой с температурой плавления до 400 °С называют легкоплавкими. Эти припои не следует применять для соединений, работающих при температуре свыше 100 °С или подверженных действию ударных нагрузок.

Припои с температурой плавления свыше 400 0С называют тугоплавкими (серебряные или на медной основе). Припой на медной основе отличаются повышенной хрупкостью, их применяют для соединения деталей, нагруженных статической нагрузкой. Серебряные припои применяют для ответственных соединений. Они устойчивы против коррозии и пригодны для соединения деталей, воспринимающих ударную и вибрационную нагрузки.

Недостатком пайки по сравнению со сваркой является сравнительно невысокая прочность, необходимость малых и равномерно распределенных зазоров между соединяемыми деталями, что требует их точной механической обработки и качественной сборки, а также предварительной обработки поверхностей перед пайкой.

Расчет на прочность паяных соединений производят на сдвиг методами сопротивления материалов. Надо учитывать, что в нахлесточном соединении площадь расчетного сечения равна площади контакта деталей. Для нахлесточных соединений деталей из низкоуглеродистой стали, полученных оловянно-свинцовыми припоями, допускаемое напряжение на сдвиг []с=60Н/мм2.

Клеевые соединения

Это соединения деталей неметаллическим веществом посредством поверхностного схватывания и межмолекулярной связи в клеящем слое. Наибольшее применение получили клеевые соединения внахлестку (рис.7), реже -- встык. Клеевые соединения позволили расширить диапазон применения в конструкциях машин сочетаний различных неоднородных материалов -- стали, чугуна, алюминия, меди, латуни, стекла, пластмасс, резины, кожи и т. д.



Рис.7. Клеевое соединение внахлестку

Применение универсальных клеев типа БФ, ВК, МПФ и других (в настоящее время употребляют более ста различных марок клеев) позволяет довести прочность клеевых соединений до 80% по отношению к прочности склеиваемых материалов. Наибольшее применение в машиностроении клееные соединения, работающие на сдвиг. Оптимальная толщина слоя клея 0,05…0,15 мм.

На прочность клееных соединений влияют характер нагрузки, конструкция соединения, тип и толщина слоя клея (при увеличении толщины прочность падает), технология склеивания, и время (с течением времени прочность некоторых клеев уменьшается).

Расчет клеевых соединений на прочность. Соединения внахлестку. При действии растягивающей или сжимающей силы F (рис. 7) расчет производят на сдвиг (срез) по формуле

, (4)

где и -- расчетное и допускаемое напряжения на сдвиг; = 10 ч 25 МПа для карбонильного клея, = 4,5 ч 7,0 МПа для клея группы БФ; F -- нагрузка, действующая на соединение; -- площадь сдвига (среза).



Заклёпочные соединения

Заклепочные соединения состоят из двух или нескольких листов или деталей, соединяемых (склепываемых) в неразъемную конструкцию с помощью заклепок (рис. 8).

Заклепочным швом называют соединение, осуществляемое группой заклепок (рис. 10).

Рис. 8. Заклепочные соединения

Рис. 9. Формирование заклепочного шва

Рис. 10. Однорядное заклепочное соединение

Заклепочное соединение получают следующим способом.

В отверстия соединяемых деталей вставляют заклепки (см. рис. 9). Под закладную головку 1 устанавливают инструмент-поддержку. Специальной клепальной машиной или вручную (ударами молотка, кувалды) выступающий конец заклепки () осаживают обжимкой в замыкающую головку 2. Для стальных заклепок с мм производят клепку вхолодную, то же относится к заклепкам из цветных металлов и сплавов; с мм с нагревом заклепки до светло-красного каления (1000--1100 0С). Этот способ обеспечивает более высокое качество заклепочного шва, так как заклепки укорачиваются при остывании и стягивают детали, создавая на стыке их поверхностей большие силы трения, препятствующие относительному сдвигу деталей при действии нагрузки

Диаметры отверстий под заклепки dОТВ выбирают по стандарту в зависимости от диаметра заклепки. Для холодной клепки можно рекомендовать

dOTB = d3 + 0,05d3,

для горячей клепки

dOTB = d3 + 0,ld3,

где d3 -- диаметр устанавливаемой заклепки.

Расчет прочности заклепочных швов

Методику определения основных соотношений размеров прочных швов рассмотрим на примере однорядного шва внахлестку, нагруженного поперечной силой Fr (рис. 11).

Рис. 11. К расчету соединений заклепками

Введем обозначения: d3 -- диаметр заклепки; и - толщина склепываемых деталей (листов); t -- расстояние между заклепками в ряду (или шаг заклепок); е -- расстояние от центра заклепки до края детали (листа); z -- число заклепок в ряду.

При расчете на прочность силы трения на стыке деталей не учитывают (принимают, что нагрузка передается только заклепками); считают, что нагрузка между заклепками распределяется равномерно, а диаметр заклепки равен диаметру отверстия (d3 = d0TB).

Параметр d3 определяется из расчета на прочность.

Расчет заклепочного шва заключается в определении d3, t и е. Расчет ведется по эмпирическим соотношениям, полученным из условия равнопрочности заклепок и соединяемых листов, с последующей проверкой листов на прочность и уточнением коэффициента прочности шва.

Соединение деталей с гарантированным натягом (прессовые соединения)

Соединение деталей может осуществляться за счет посадки одной детали на другую.

В посадках (рис. 12, а) обеспечивается зазор в соединении. В этом случае детали легко перемещаются относительно друг друга.

В посадках с натягом (рис. 12, б) в соединении обеспечивается натяг. Такие посадки (на рис. 13 - показаны поля допусков посадок по ГОСТ 25347--82) могут обеспечивать передачу вращающего момента без применения шпонок, клиньев, болтов и т. п.

Основной задачей расчета соединения с гарантированным натягом является выбор посадки, обеспечивающей передачу заданного вращающего момента.

Соединения деталей с натягом - это напряженные соединения, в которых натяг создается необходимой разностью посадочных размеров вала и втулки. Для закрепления деталей используют силы упругости предварительно деформированных деталей. Обычно соединение деталей осуществляется по цилиндрическим или (реже) коническим поверхностям, при этом одна деталь охватывает другую, специальные соединительные детали отсутствуют.

Рис. 12. Соединения с гарантированным натягом: а -- посадка с зазором; б -- посадка с натягом

Натягом называют положительную разность размера вала dB и отверстия do до сборки:

N= dВ -do>0.



Рис. 13. Схема расположения полей допусков

Проверка прочности деталей цилиндрического соединения с натягом

Надежность соединения деталей с гарантированным натягом в первую очередь зависит от прочности ступицы. При недостаточной прочности ступицы возможно нарушение посадки вследствие деформации охватывающей детали или ее разрыву при осуществлении посадки.

Проверку прочности деталей цилиндрического соединения выполняют по наибольшему возможному натягу выбранной посадки и соответствующего ему наибольшего расчетного натяга , определяемого по формуле

,

а также возможного максимального давления на контактной поверхности соединяемых деталей, определяемого по формуле

.

Размещено на Allbest.ru

...