Соединения деталей машин

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Детали машин соответствующим образом соединяются между собой, образуя подвижное или неподвижное соединение.
Различают разъемные соединения, допускающие разборку деталей машин без разрушения элементов, и неразъемные, которые можно разобрать только после их полного или частичного разрушения.
К разъемным соединениям относят:
резьбовые;
клиновые;
штифтовые;
шпоночные;
зубчатые (шлицевые);
профильные.
К неразъемным соединениям относят:
заклепочные;
сварные;
паяные;
клеевые;
с натягом.

НЕРАЗЪЕМНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
ЗАКЛЕПОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Общие сведения
Образуются с помощью специальных деталей – заклёпок. Заклёпка имеет грибообразную форму и выпускается с одной головкой (закладной) вставляется в совместно просверленные детали, а затем хвостовик ударами молотка или пресса расклёпывается, образуя вторую головку (замыкающую). При этом детали сильно сжимаются, образуя прочное, неподвижное неразъёмное соединение.
Достоинства :
соединяют не свариваемые детали ;
не дают температурных деформаций;
детали при разборке не разрушаются.
Недостатки:
детали ослаблены отверстиями;
высокий шум и ударные нагрузки при изготовлении;
повышенный расход материала.

ВИДЫ ШВОВ
Соединение деталей машины или сооружения, осуществленное группой заклепок, называется заклепочным швом.
По назначению различают:
прочные для восприятия внешних нагрузок (применяются в металлических конструкциях машин и строительных сооружениях);
прочноплотные, обеспечивающие герметичность соединения при восприятии значительных усилий (паровые котлы, резервуары, трубопроводы).
В прочноплотных заклепочных швах в отличие от прочных швов кромки листов делают со скосом под углом 15...20° для подчеканки. Подчеканка кромок листов, а в особо ответственных случаях и головок заклепок по их краям, заключающаяся в осаживании металла инструментом, называемым чеканом, применяется для обеспечения герметичности прочноплотных швов.
Во избежание химической коррозии в соединениях заклепки ставят из того же материала, что и соединяемые детали: стальные листы соединяют стальными заклепками, латунные — латунными и т. д.

СВАРКА
Общие сведения
Сварка—это технологический процесс соединения металлических деталей, основанный на использовании сил молекулярного сцепления происходящий при сильном местном нагреве их до расплавленного (сварка плавлением) или пластического состояния с применением механического усилия (сварка давлением).
Затвердевший после сварки металл, соединяющий сваренные детали, называется сварным швом.
Достоинства:
экономия металла;
низкая трудоемкость;
дешевизна оборудования;
возможность автоматизации;
отсутствие больших сил и больших объёмов нагретого металла.
Недостатки :
появление остаточных напряжений ;
коробление;
плохое восприятие переменных и особенно вибрационных нагрузок;
сложность и трудоемкость контроля качества сварных швов.
Виды сварки
применяют:
ручную дуговую сварку плавящимся электродом;
автоматическую дуговую сварку плавящимся электродом под флюсом;
электрошлаковую сварку ;
контактную сварку — стыковую, шовную и точечную.
Первые три способа относятся к сварке плавлением, последний — к сварке плавлением или давлением.

ВИДЫ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ТИПЫ СВАРНЫХ ШВОВ
В зависимости от расположения соединяемых частей различают следующие виды сварных соединений: стыковые (рис. 3.1, о... е), нахлестанные (рис. 3.2, а...г), с накладками (рис. 3.3), угловые (рис. 3.4, а. ..е), тавровые (рис. 3.5,а...г).
Стыковые швы по форме кромок деталей различают: без скоса кромок (а ,б) V-образные (в, г), Х-образные (д), U-образные (с).
По характеру в ы п о л н е н и я они могут быть- односторонними с подваркой с другой стороны (а,в,е); односторонними со стальными привариваемыми или медными отъемный подкладками с другой стороны (б, г) и двусторонними (д). Угловые швы по форме подготовленных кромок деталей различают: без скоса кромок (см. рис. 3.2- 34 о б- 35 а) со скосом одной кромки (см. рис. 3.4, в; 3.5, б, в) и со скосом двух кромок (см. рис. 3.5,г). По характеру выполнения они бывают-односторонние (см. рис.3.4,а,«; 3.5,в) и двусторонние (см. рис. 32 в- 346-3.5, в, б, г).

КЛЕЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Соединение на основе высококачественных синтетических клеев (фенольные, эпоксидные смолы, фенолокаучуковые композиции . В отличие от сварки склеиванием соединяют детали не только из однородных, но и разнородных материалов.
Технология создания клеевых соединений состоит из подготовки склеиваемых поверхностей деталей ( очистка их от пыли, обезжиривания ,образования шероховатости; нанесения клея на эти поверхности и сборки деталей соединения; выдержки соединения при требуемых давлении и температуре.
Виды клеевых соединений :
а) нахлесточные;
б) стыковые по косому срезу (в ус);
в) с накладками.
Клеевые соединения, работающие на срез, по сравнению с соединениями, работающими на отрыв, более прочны.
Достоинства :
возможность соединения деталей из разнородных материалов;
герметичность;
высокая коррозионная стойкость;
хорошее сопротивление усталости.
Недостатки :
низкая прочность при неравномерном отрыве (отдире);
ограниченная теплостойкость (до 250°С);
зависимость прочности соединения от сочетания материалов ,температуры склеивания и условий работы соединения; требование точной пригонки поверхностей деталей.

ПАЯНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Пайка— это технологический процесс соединения металлических деталей посредством присадочного материала (металла или сплава), называемого припоем, основанный на диффузионном взаимодействии материалов соединяемых деталей .
По конструкции паяные соединения подобны сварным и клеевым. Применяются в радиаторах автомобилей и тракторов, тонкостенных трубопроводах в приборостроении.
Пайка позволяет соединять детали, из неоднородных металлов, например стальную деталь с алюминиевой.
Перед пайкой паяемые поверхности деталей обезжиривают и очищают от окислов (флюсы -канифоль, бура, хлористый цинк).
Различают легкоплавкие, или мягкие, припои (оловянно-свинцовые сплавы) с температурой плавления до 350 °С и тугоплавкие, или твердые (медноцинковые и серебряномедные сплавы), с температурой плавления выше 600 °С..

СОЕДИНЕНИЯ С НАТЯГОМ
Цилиндрические соединения с натягом
Из соединений деталей, выполняемых с натягом, наиболее распространены цилиндрические, т. е- такие, в которых одна деталь охватывает другую по цилиндрической поверхности*.
Необходимый натяг осуществляется изготовлением соединяемых деталей с требуемой разностью их посадочных размеров. Взаимная неподвижность соединяемых деталей обеспечивается силами трения, возникающими на поверхности контакта деталей.
Достоинства :
простота конструкции;
хорошее центрирование соединяемых деталей;
возможность восприятия больших нагрузок и хорошее восприятие динамических нагрузок.
Недостатки :
сложность сборки и разборки соединений;
возможность уменьшения натяга соединяемых деталей и повреждения их посадочных поверхностей при сборке (запрессовке);
требование пониженной шероховатости посадочных поверхностей и повышенной точности изготовления.
Надежность соединения с натягом в основном зависит от размера натяга, который принимается в соответствии с выбранной посадкой, установленной стандартной системой допусков и посадок .
По способу сборки различают :
собираемые запрессовкой ;
с нагревом охватывающей или охлаждением охватываемой детали.
Надежность соединения, собираемого с нагревом или охлаждением, примерно в 1,5 раза выше, чем у соединения, собираемого запрессовкой, так как при запрессовке неровности контактных поверхностей деталей частично срезаются и сглаживаются, что ослабляет прочность соединения.
Значение натяга и соответственно вид посадки соединения с натягом определяются в зависимости от требуемого давления на посадочной по­верхности соединяемых деталей. Давление должно быть таким, чтобы силы трения, возникающие на посадочной поверхности соединения, полностью противодействовали внешним силам, действующим на детали соединения.

РАЗЪЕМНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Резьбовые соединения
Резьбовые соединения относятся к разъемным и выполняются посредством сверления отверстий в соединяемых деталях, в которые вставляются резьбовые крепежные детали: болты, винты или шпильки. На выступающие концы болтов и шпилек навинчиваются гайки, затяжка которых обеспечивает соединение. При использовании винтов или шпилек в отверстиях одной из соединяемых деталей нарезается резьба. Крепежные резьбовые детали стандартизованы. Вид крепежных изделий зависит от толщины, формы и материала соединяемых деталей. Болты применяют, когда в соединяемых деталях можно сделать сквозные отверстия; винты или шпильки — в случае невозможности сделать сквозные отверстия в одной из деталей. Основным элементом резьбового соединения является резьба, которая получается путем прорезания канавок на поверхности деталей по винтовой линии

ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ
Достоинства:
высокая надёжность;
удобство сборки-разборки;
простота конструкции;
дешевизна (вследствие стандартизации);
технологичность;
возможность регулировки силы сжатия.
Недостатки:
концентрация напряжений во впадинах резьбы;
низкая вибрационная стойкость (самоотвинчивание при вибрации)

СПОСОБЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЗЬБ
Существует следующие способы изготовления резьб:
нарезание;
накатывание;
литье;
выдавливание.
Нарезание резьб осуществляется резцами, гребенками, плашками, метчиками, резьбовыми головками, фрезами.
Накатывание резьб осуществляется гребенками или роликами резьбонакатанных автоматах путем пластической деформации заготовок. Этот способ высокопроизводителен, применяется в массовом производстве при изготовлении стандартных крепежных деталей. Накатанные резьбы имеют повышенную прочность, так как волокна материала при накатывании резьбы не перерезываются.
Литье применяется при изготовлении резьбы на пластмассовых и керамических изделиях.
Выдавливание применяется при изготовлении резьбы на тонкостенных деталях.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ФОРМЫ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

ШПОНОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Шпоночное соединение образуют шпонка 1, вал 2 и ступица 3 колеса (шкива, звездочки и др.).
Шпонка представляет собой стальной брус, устанавливаемый в пазы вала и ступицы. Она служит для передачи вращающего момента между валом и ступицей. Основные типы шпонок стандартизованы.
Шпоночные пазы на валах получают фрезерованием дисковыми или концевыми фрезами, в ступицах — протягиванием.
Достоинства и недостатки
Достоинства – простота конструкции и сравнительная легкость монтажа и демонтажа.
Недостатки – шпоночные пазы ослабляют вал и ступицу насаживаемый на вал детали; Ослабление вала обусловлено не только уменьшением его сечения, но главное, значительной концентрацией напряжений изгиба и кручения, вызываемой шпоночным пазом.
Шпоночное соединение трудоемко в изготовлении: при изготовлении паза концевой фрезой требуется ручная пригонка шпонки по пазу; при изготовлении паза дисковой фрезой — крепление шпонки в пазу винтами (от возможных осевых смещений).

ШЛИЦЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Шлицевое соединение образуют выступы — зубья на валу и соответствующие впадины — шлицы в ступице . Рабочими поверхностями являются боковые стороны зубьев. Зубья вала фрезеруют по методу обкатки или накатывают в холодном состоянии профильными роликами по методу продольной накатки. Шлицы отверстия ступицы изготовляют протягиванием. Шлицевые соединения стандартизованы и широко распространены в машиностроении.
Достоинства и недостатки
Достоинства:
Лучшее центрирование и более точное направление при относительном осевом перемещении.
Меньшее число деталей соединения: шлицевое соединение образуют две детали, шпоночное — три, четыре.
При одинаковых габаритах возможна передача больших вращающих моментов за счет большей поверхности контакта.
Большая надежность при динамических и реверсивных нагрузках.
Большая усталостная прочность вследствие меньшей концентрации напряжений изгиба, особенно для эвольвентных шлицев.
Меньшая длина ступицы и меньшие радиальные размеры .
Недостатки — более сложная технология изготовления, а следовательно, и более высокая стоимость.