Эти виды швов в различных сочетаниях применяются в разных соединениях ^ Напряжения растяжения: s раст F/S
Учебные материалы


Эти виды швов в различных сочетаниях применяются в разных соединениях



^ Эти виды швов в различных сочетаниях применяются в разных соединениях.

Соединения встык

обычно выполняются лобовыми швами. При качественной сварке соединения разрушаются не по шву, а в зоне температурного влияния. Поэтому рассчитываются на прочность по сечению соединяемых деталей без учёта утолщения швов. Наиболее частые случаи – работа на растяжение и на изгиб.

Рис.11. Лобовой шов, нагруженный силой и моментом

^ Напряжения растяжения: s

раст

=

F/S

=

F/bd

[

s

раст

]

шва

. (4.2)

Напряжения изгиба: s

изг

= M

изг

/ W

= 6 M

изг

/ bd

2

[s

изг

]

шва

.

(4.3)
Допускаемые напряжения шва [

s

раст

]

шва

и [

s

изг

]

шва

принимаются в размере

90%

от соответствующих допускаемых напряжений материала свариваемых деталей. При совместном действии усилия Q и момента Μ (по суммарному напряжению)

Соединения внахлёстку в

ыполняются лобовыми, фланговыми и косыми швами.

Рис.12. Лобовые швы и касательные напряжения

^ Лобовые швы

в инженерной практике рассчитывают только по касательным напряжениям. За расчётное сечение принимают биссектрису

m

-

m

, где обычно наблюдается разрушение. Расчёт только по касательным напряжениям не зависит от угла приложения нагрузки. При этом

τ

=

F /

(

0,7 k l

)
[

τ'

]

шва

. (4.5)

Фланговые швы

характерны неравномерным распределением напряжений

,

поэтому их рассчитывают по средним касательным напряжениям.

^ При действии растягивающей силы касательные напряжения


равны:

τ

=

F /

(

2*0,7 d l

)
[

τ'

]

шва

. (4.6)
При действии момента:

τ

=

M /

(

0,707 k d l

)
[

τ'

]

шва

. (4.7)
Если швы несимметричны, то нагрузка на фланговые швы распределяется по закону рычага

F

1,2

=

F l

1,2

/

(

l

1

+

l

2

), где

l

1

и

l

2

– длины швов.
При этом швы рассчитывают по соответствующим нагрузкам, а длины швов назначают пропорционально этим нагрузкам. Касательные напряжения в швах

τ

1,2

=

F

1,2

/ (1,414 d l

1,2

) [τ']

шва

.

(4.8)



Рис.13. Фланговые швы, нагруженные силой и моментом
.
Рис.14.Нессиметричные швы

Косые швы

рассчитываются аналогичным образом. Нагрузка

F

раскладывается на проекции в продольном и нормальном направлениях к шву, а далее выполняются расчёты лобового и флангового швов.


Рис. 15. Косой шов

Комбинированные

лобовые и фланговые швы рассчитывают на основе принципа распределения нагрузки пропорционально несущей способности отдельных швов. При действии силы

F

касательные напряжения равны:

τ

F

=

F /

[

0,7 k

(

2l

ф

+ l

л

)][

τ'

]

шва

. (4.9)
Если действует момент M, то

τ

M

=

M /

[

0,7 k l

л

(

l

ф

+ l

л

/6

)]
[

τ'

]

шва

. (4.10)

Рис. 16. Комбинированный шов
При совместном действии силы и момента касательные напряжения складываются

τ

=

τ

М

+

τ

F

[

τ'

]

шва

.

Тавровые и угловые швы

соединяют элементы в перпендикулярных плоскостях. Выполняются либо стыковым швом с разделкой кромок (рис.16,а), либо угловым без разделки кромок (рис.16,б). При нагружении изгибающим моментом и силой прочность соединения оценивают: при действии силы F и момента М (рис.17).




Рис.16. Рис.17. Напряжения в тавровом
соединении
для стыкового шва (а) по нормальным напряжениям

s

=

6M/

(

bd

2

) +

F /

(

ld

)
[

s

раст

]

шва

, (4.11)
для углового шва (б) по касательным напряжениям

τ

=

6M/

(

1,414 l

2

k

)+

F /

(

1,414 l k

)
[

τ'

]

шва

. (4.12)
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. Таким образом, любой сложный шов сводится к сумме простейших расчётных схем.

ЛЕКЦИЯ №

5.


^ ЗАКЛЕПОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ И ИХ РАСЧЁТ


Классификация заклёпочных соединений представлена на рис. 18.
Заклепка представляет собой стержень круглого поперечного сечения с головками по концам, одна из которых, называемая закладной, изготовляется одновременно со стержнем, а другая, называемая замыкающей, выполняется в процессе клепки. Заклепочное соединение образуют деформированием заклепки, свободно установленной в отверстия соединяемых деталей (рис. 19). Пластически деформируя, заклепку осаживают, заполняя зазор между стержнем заклепки и стенками отверстия, и формируют замыкающую головку.

Рис.19.
Государственными стандартами предусмотрены следующие виды заклепок.
Заклепки

со сплошным стержнем

: с полукруглой головкой (ГОСТ 10299- 80* и ГОСТ 14797--85, рис. 20, а), имеющие основное применение в силовых и плотных швах; с плоской головкой (Г'ОСТ 14801--85, рис. 20,б), предназначенные для работы в коррозионных средах; с потайной головкой (ГОСТ10300— 80*, ГОСТ 14798—85, рис 20, в), применяемые при


Рис. 19. Классификация заклёпочных соединений.

недопустимости выступающих частей, в частности в самолетах; с полупотайной головкой для соединения тонких листов.
Заклепки

полупустотелые

(ГОСТ 12641—80*, ГОСТ 12643—80, рис. 9, г, д. е) и пустотелые (ГОСТ 12638—80* — ГОСТ 12640—80*, рис. 8 (ж, 3, и) применяют для соединения тонких листов и неметаллических деталей, не допускающих больших нагрузок.
Заклепки со сплошным стержнем изготовляются нормальной точности и повышенного качества.
Для увеличения ресурса заклепочных соединений создают радиальный натяг, ресурс при этом увеличивается в 2...4 раза.
Закладную головку выполняют на заклепке заранее. Заклепочные соединения относят к неразъемным.
Заклепки изготовляют из стали (СтЗ, 10, 15, 12Х18Н9Т), алюминиевых (В65, Д18) и титановых (ВТ 16) сплавов, а также из меди (М2), латуни (Л63).

Рис. 20. Стандартные стальные заклепки
При выборе материала для заклепок следует стремиться к тому, чтобы коэффициенты линейного расширения материала заклепок и соединяемых деталей были равными или близкими друг другу (чтобы не появлялись дополнительные напряжения при изменении температуры).
Особую опасность представляет сочетание разнородных материалов, которые могут образовывать гальванические пары. Гальванические токи быстро разрушают соединение. Поэтому для соединения алюминиевых деталей применяют только алюминиевые заклепки, медных - медные.
Особенно актуален правильный подбор материалов для изделий химической промышленности, авиа- и судостроения. При необходимости на заклепки наносят антикоррозионное покрытие.

Достоинства

(в сравнении со сварными соединениями):
1. Стабильность качества соединения; возможность получения прочного плотного соединения.
2. Надежный и простой визуальный контроль качества.
3. Возможность соединения деталей из несвариваемых материалов.
4. Возможность соединения деталей, нагрев которых недопустим из-за коробления или отпуска термообработанных деталей.
5. Надежная работа при ударных и вибрационных нагрузках.

Недостатки:


1. Ослабление деталей отверстиями и в связи с этим повышенный расход металла.
2. Трудность автоматизации процесса склепывания.
3. Менее удобные конструктивные формы в связи с необходимостью наложения одной детали на другую или применения накладок.
4. Высокий уровень шума при работе с пневмоинструментом, используемым для деформирования заклепок.
Отверстие в листах получают:
- продавливанием при толщинах до 25 мм;
- продавливанием с последующим развертыванием;
- сверлением в ответственных соединениях.
Клепку (осаживание стержня) стальных заклепок при d < 10 мм, а также заклепок из алюминиевых сплавов, латуни и меди производят холодным способом, а стальных заклепок большего диаметра - горячим способом, с подогревом заклепки или ее конца до светло-красного каления (1000…1100°С).
Клепку производят на клепальных машинах (прессах) или пневматическими молотками.

^ Методика расчета заклепочных швов


Расчет заклепочного шва заключается в определении диаметра и числа заклепок, шага заклепочного шва, расстояния заклепок до края соединяемой детали и расстояния между рядами заклепок.
Диаметр d заклепки назначают из соотношения
(5.1)
где h - суммарная толщина соединяемых элементов
В прочных швах герметичность соединения не требуется, поэтому силы, действующие на соединенные детали, могут быть больше сил трения, развиваемых между ними (рис. 21). Поэтому заклепки прочных швов рассчитывают на срез и на смятие:
(5.2)
(5.3)
где τс и [τс] — соответственно расчетное и допускаемое напряжения на срез для заклепок;
σсм и [σсм] — соответственно расчетное и допускаемое напряжения на смятие между заклепками и соединяемыми листами;
F — сила, действующая на одну заклепку;
k — число плоскостей среза заклепок;
d0 — диаметр поставленной заклепки;
δmin — наименьшая толщина соединяемых элементов.
Необходимое число заклепок z в шве при симметрично действующей нагрузке F0 определяют расчетом заклепок на срез по формуле

Полученное по формуле (5.4) число заклепок z проверяют расчетом заклепок и соединяемых частей на смятие по формуле

Применение заклепок с длинами больше (3 ... 4)d может вызвать их изгиб в отверстии или незаполнение зазора между стержнем и отверстием.

Рис. 21.
Минимальный шаг p размещения заклепок определяют из удобства клепки, максимальный - из условия плотного соприкосновения соединяемых элементов.
Значения допускаемых напряжений принимают в зависимости от материала заклепки, способа обработки отверстия и условий работы. Так, для заклепок из стали марки Ст.З при обработке отверстия сверлением и нормальных условий эксплуатации: [т]ср = 140 МПа, [σ]см = 280 МПа.
При холодной клепке допускаемые напряжения снижают на 30 %.
Заклепочные соединения разделяют на;
а) силовые (иначе называемые прочными соединениями), используемые преимущественно в металлических конструкциях машин и строительных сооружениях;
б) силовые плотные (иначе называемые плотнопрочными соединениями), используемые в котлах и трубах, работающих под давлением.
Плотность также можно обеспечить с помощью клея.
Материал заклепок должен быть достаточно пластичным для обеспечения возможности формирования головок и однородным с материалом соединяемых деталей во избежание электрохимической коррозии. Стальные заклепки обычно изготовляют из сталей Ст.2, Ст.З, 09Г2 и др. Для соединения элементов из сталей повышенного качества целесообразно применять заклепки из тех же сталей, если возможно по условиям их пластического деформирования. Из легких сплавов для заклепок применяют В65, Д15 и др.
Для крепления лопаток некоторых паровых и газовых турбин применяют заклепки, устанавливаемые под развертку и работающие в основном на сдвиг.
Наиболее отработаны конструкции, типаж и технология заклепочных соединений в авиационной промышленности.
Кроме традиционных заклепок применяют:
заклепки из стержней с одновременным расклепыванием обеих головок и образованием гарантированного натяга по цилиндрической поверхности;
заклепки с потайной головкой и компенсатором — местной выпуклостью на головке, деформируемой при клепке и уплотняющей контакт головки;
заклепки для швов с односторонним подходом и с сердечником, который при осевом перемещении распирает заклепку, образуя замыкающую головку, а потом обрывается и фрезеруется для обеспечения гладкой поверхности;
В плотном и точном соединениях необходимо, чтобы вся внешняя нагрузка во избежание местных сдвигов воспринималась силами трения.


а).

б).

Рис. 22. Расчетные схемы односрезиого и двухсрезного заклепочного соединения
Расчет заклепок в соединении, находящемся под действием продольной нагрузки, сводится к расчету их на срез. В заклепочном соединении (рис. 22, а, б) допустимая нагрузка, отнесенная к одной заклепке,
(5.6)
где d — диаметр стержня заклепки; [т]ср— условное допускаемое напряжение заклепки на срез; i— число срезов.
При центрально действующей нагрузке F необходимое число заклепок
z = F/F1. (5.7)
Заклепки на смятие в односрезном или двухсрезном силовом соединении проверяют по формуле
(5.8)
где s— толщина стенки соединяемых деталей.
Проверка на смятие плотных соединений не нужна, так как в них вся продольная нагрузка воспринимается силами трения в стыке.
Соединяемые элементы проверяют на прочность в сечениях, ослабленных заклепками:

Допускаемое напряжение для соединений стальных деталей заклепками из сталей Ст2 и СтЗ при расчете по основным нагрузкам: на срез заклепок [τ]сρ = 140 МПа и на смятие [σ]см=280... 320 МПа, на растяжение соединяемых элементов из стали СтЗ [σ]р = 160 МПа.
При холодной клепке допускаемые напряжения в заклепках снижают на 30%.
Для элементов соединений с пробитыми н нерассверленными отверстиями допускаемые напряжения снижают на 30 %.
Если соединение работает при редких знакопеременных нагрузках, допускаемые напряжения понижают умножением на коэффициент

где Fmin и Fmax — наименьшая и наибольшая по абсолютной величине силы, взятые со своими знаками. Для соединения элементов из низкоуглеродистых сталей a = 1, b = 0,3, а для соединений из среднеуглеродистых сталей a = 1,2, b = 0,8.
Потребная площадь элементов, работающих на растяжение под действием силы F,

где - коэффициент прочности шва, величина которого обычно колеблется в пределах от 0,6 до 0,85;
p - шаг расположения заклепок.
При проектном расчете значением φ задаются, а потом производят проверочный расчет.
В групповых заклепочных соединениях, подверженных сложному напряженному состоянию, силы па одну заклепку определяются, как в резьбовых соединениях.

^ ЛЕКЦИЯ № 6


ПАЯНЫЕ И КЛЕЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ


Паяные соединения

— это неразъемные соединения, обеспечиваемые силами молекулярного взаимодействия между соединяемыми деталями и припоем. Припой — это сплав или металл, вводимый в расплавленном состоянии в зазор между соединяемыми деталями и имеющий более низкую температуру плавления, чем соединяемые детали. Отличие пайки от сварки — отсутствие расплавления или высокотемпературного нагрева соединяемых деталей.
Связь в паяном шве основана на:

  • растворении металла деталей в расплавленном припое;

  • взаимной диффузии элементов припоя и металла соединяемых деталей;

  • бездиффузионной атомной связи.

Прочность паяного шва существенно выше, чем припоя,
в связи с растворением в слое материала деталей,
в связи с тем, что слой находится в стесненном напряженном состоянии между соединяемыми деталями.
Процесс пайки состоит из операций: прогрева соединяемых поверхностей, расплавления припоя, растекания припоя и заполнения шва, охлаждения и кристаллизации.
Тип паяного соединения определяется формой и расположением деталей и нагрузкой

.

Пайкой соединяют однородные и разнородные материалы: черные и цветные металлы, сплавы, керамику, стекло и т. д.
Основные паяные соединения: внахлестку (ПН-1 ...ПН-6, включая телескопические ПН-4...ПН-6), встык (ПВ-1, ПВ-2), вскос (ПВ-З, ПВ-4), втавр (ПТ-1...ПТ-4), соприкасающиеся (ПС-1,ПС-2). Преимущественное применение имеют соединения внахлестку, как обеспечивающие достаточно высокую прочность вплоть до достижения равнопрочности с целыми деталями.
Стыковые соединения имеют применение, ограниченное малыми нагрузками, что связано с малыми поверхностями спая.
Соединения ступенчатые и вскос (ПВ-З, ПВ-4 с углом не более 30°) способны обеспечивать необходимую прочность, но их применение ограничивается сложностью изготовления.
Пайкой соединяют листы, стержни, трубы между собой и с плоскими деталями и др. Важную область составляют сотовые паяные конструкции.
Припой должен быть легкоплавким, хорошо смачивать соединяемые поверхности, обладать достаточно высокой прочностью, пластичностью, непроницаемостью. Коэффициенты линейного расширения материалов соединяемых деталей и припоев не должны сильно различаться.
В технике применяют широкую номенклатуру припоев, разделяемую на группы по температуре плавления и по химическому составу.

Припой

изготовляют в виде стержней, проволоки, пасты и порошка, а припойных сплавов различают намного больше, чем флюсов. Выбор припоя зависит от температуры плавления соединяемых металлических деталей.
Различают легкоплавкие, или мягкие, припои с температурой плавления до 350°С и тугоплавкие, или твердые, с температурой плавления выше 600°С. Из мягких припоев наиболее распространены оловянно-свинцовые сплавы, а из твердых — медноцинковые и серебряномедные сплавы. Из-за низкой температуры плавления не рекомендуется применять припои в соединениях, работающих при температуре выше 100°С. Мягкие припои широко применяют в приборостроении. Твердые припои применяют для соединений, несущих нагрузки. При статических нагрузках применяют припои на медной основе, а для соединений, воспринимающих ударные и вибрационные нагрузки,— припои на серебряной основе. В машиностроении употребительны следующие мягкие припои:
L-SN SB5 и L-SN AG5, а также оловянные сплавы с 5%-ной долей сурьмы или серебра с рабочей температурой от 230 до 240°С, применяемые   для   пайки   коммуникационных медных труб с горячей или холодной водой, для обогревательных устройств и в пищевой промышленности.
Оловянно-свинцовые по ГОСТ 21930—76* : ПОС 61, ПОС 40, ПОС 30, ПОС 10 и др. (широкое применение);
Соответственно температура их плавления составляет 190, 210 и 235°С, возрастая с понижением доли олова.
В группе твердых припоев различают очень низкоплавкие припои на алюминиевой основе, среди которых отметим особенно удобный для пайки по зазору алюминиевых сплавов всех видов — это L-AL SL12. Кроме    того,    низкоплавкими твердыми припоями являются припои, содержащие не менее 20% серебра. Так, например, припой L-AG 2P с относительно высоким диапазоном температуры плавления (от 650 до 810 °С) применяют для пайки меди и всевозможных медных сплавов во всех отраслях, где используют медь. Из группы твердых припоев, содержащих не менее 20% серебра, следует особо упомянуть припой L-AG 40CD — низкоплавкий твердый припой (595-630°С), относящийся к разновидности твердых припоев, служащих для пайки по зазору стали, меди и латуни. Припои на основе меди имеют температуру плавления около  900°С   и   используются при пайке стали, ковкого чугуна, меди и медных сплавов — это, например, L-Cu Zn 40, L-Cu Zn 39 Sn и так называемый нейзильбор L-Cu Ni 10 Zn 42.
Важно также знать, что медные, серебряные и мягкие припои проявляют оптимальную прочность только при ширине зазора от 0,05 до 0,1 мм, в то время как алюминиевые припои пригодны для зазоров шириной от 0,2 до 0,4 мм.
В процессе пайки для защиты поверхностей от загрязнения и окисления и соответственно для улучшения растекания жидкого припоя применяют флюсы.

Флюсы.

От качества флюса во многом зависит хорошее смачивание припоем мест спайки и образование прочных швов. При температуре паяния флюс должен плавиться и растекаться равномерным слоем, в момент же пайки он должен всплывать на внешнюю поверхность припоя. Температура плавления флюса должна быть несколько ниже температуры плавления применяемого припоя.
Химически активные флюсы (кислотные)— это флюсы, имеющие в большинстве случаев в своем составе свободную соляную кислоту. Существенным недостатком кислотных флюсов является интенсивное образование коррозии паяных швов.
К химически активным флюсам прежде всего относится соляная кислота, которая употребляется для пайки стальных деталей мягкими припоями. Кислота, оставшаяся после пайки на поверхности металла, растворяет его и вызывает, появление коррозии. После пайки изделия необходимо промыть горячей проточной водой. Применение соляной кислоты при пайке радиоаппаратуры запрещается, так как во время эксплуатации возможно нарушение электрических контактов в местах пайки. Следует учитывать, что соляная кислота при попадании на тело вызывает ожоги.
Хлористый цинк (травленая кислота) в зависимости от условий пайки применяется в виде порошка или раствора. Используется для пайки латуни, меди и стали. Для приготовления флюса необходимо в свинцовой или стеклянной посуде растворить одну весовую часть цинка в пяти весовых частях 50-процентной соляной кислоты. Признаком образования хлористого цинка служит прекращение выделения пузырьков водорода. Из-за того, что в растворе всегда имеется небольшое количество свободной кислоты, в местах пайки возникает коррозия, поэтому после пайки место спая должно тщательно промываться в проточной горячей воде. Пайку с хлористым цинком в помещении, где находится радиоаппаратура, производить нельзя. Применять хлористый цинк для пайки электро и радиоаппаратуры также нельзя. Хранить хлористый цинк необходимо в стеклянной посуде с плотно закрытой стеклянной пробкой.
Бура (водная натриевая соль пироборной кислоты) применяется как флюс при пайке латунными и серебряными припоями. Легко растворяется в воде. При нагревании превращается в стекловидную массу. Температура плавления 741°С. Соли, образующиеся при пайке бурой, необходимо удалять механической зачисткой. Порошок буры следует хранить в герметически закрытых стеклянных банках.
Нашатырь (хлористый аммоний) применяется в виде порошка для очистки рабочей поверхности паяльника перед лужением.
Химически пассивные флюсы (бескислотные).
К бескислотным флюсам относятся различные органические вещества: канифоль, жиры, масла и глицерин. Наиболее широко в электро- и радиомонтажных работах применяется канифоль (в сухом виде или раствор ее в спирте). Самое ценное свойство канифоли, как флюса, заключается в том, что ее остатки после пайки не вызывают коррозии металлов. Канифоль не обладает ни восстанавливающими, ни растворяющими свойствами. Она служит исключительно для предохранения места пайки от окисления. Для приготовления спиртово-канифольного флюса берется одна весовая часть толченой канифоли, которая растворяется в шести весовых частях спирта. После полного растворения канифоли флюс считается готовым. При применении канифоли места пайки должны быть тщательно очищены от окислов. Часто для пайки с канифолью детали следует предварительно облуживать.
Стеарин не вызывает коррозии. Используется для пайки с особо мягкими припоями свинцовых оболочек кабелей, муфт и др. Температура плавления около 50°С.
В последнее время широкое применение получила группа флюсов ЛТИ, применяемых для пайки металлов мягкими припоями. По своим антикоррозийным свойствам флюсы ЛТИ не уступают бескислотным, но в то же время с ними можно паять металлы, которые раньше не поддавались пайке, например детали с гальваническими покрытиями. Флюсы ЛТИ могут применяться также для пайки железа и его сплавов (включая нержавеющую сталь), меди и ее сплавов и металлов с высоким удельным сопротивлением (см. табл. 6.1).
Таблица 6.1

Наименование
В весовых пропорциях
ЛТИ-1
ЛТИ-115
ЛТИ-120
Спирт-сырец или ректификат
67-73
63-74
63-74
Канифоль
20-25
20-25
20-25
Солянокислый анилин
3-7


Метафенилендиамин

3-5

Диэтиламин солянокислый


3-5
Триэтаноламин
1-2
1-2
1-2
При пайке с флюсом ЛТИ достаточно произвести очистку мест пайки только от масел, ржавчины и других загрязнений. При пайке оцинкованных деталей удалять цинк с места пайки не следует. Перед пайкой деталей с окалиной последняя должна быть удалена травлением в кислотах. Предварительное травление латуни не требуется. Флюс наносится на место спая с помощью кисточки, что можно сделать заблаговременно. Хранить флюс следует в стеклянной или керамической посуде. При пайке деталей сложного профиля можно применять паяльную пасту с добавлением флюса ЛТИ-120. Она состоит из 70—80 г вазелина, 20—25 г канифоли и 50—70 млг флюса ЛТИ-120.
Но флюсы ЛТИ-1 и ЛТИ-115 имеют один большой недостаток: после пайки остаются темные пятна, а также при работе с ними необходима интенсивная вентиляция. Флюс ЛТИ-120 не оставляет темных пятен после пайки и не требует интенсивной вентиляции, поэтому применение его значительно шире. Обычно остатки флюса после пайки можно не удалять. Но если изделие будет эксплуатироваться в тяжелых коррозийных условиях, то после пайки остатки флюса удаляются при помощи концов, смоченных спиртом или ацетоном. Изготовление флюса технологически несложно: в чистую деревянную или стеклянную посуду заливается спирт, насыпается измельченная канифоль до получения однородного раствора, затем вводится триэтаноламин, а затем активные добавки. После загрузки всех компонентов смесь перемешивается в течение 20—25 минут. Изготовленный флюс необходимо проверить на нейтральную реакцию с лакмусом или метилоранжем. Срок хранения флюса не более 6 месяцев.
При низкотемпературной пайке применяют в виде флюса канифоль и ее растворы, вазелин а также более активные флюсы, содержащие органические кислоты (олеиновую, молочную лимонную) и др.
При высокотемпературной пайке серебряными, медными и жаростойкими электродами применяют прокаленную буру Na2B4O7 и ее смесь с борной кислотой. Для повышения активности флюса добавляют фтористые и хлористые соли металлов.

^ Клеевые соединения

— это соединения неметаллическим веществом посредством поверхностного схватывания (адгезии) и внутренней межмолекулярной связи (когезни) в клеящем слое. Эти соединения в последние годы получили широкое применение.
Технология создания клеевых соединений состоит из подготовки склеиваемых поверхностей деталей путем очистки их от пыли, обезжиривания и образования шероховатости зачисткой наждачной шкуркой или обработкой пескоструйным аппаратом; нанесения клея на эти поверхности и сборки деталей соединения; выдержки соединения при требуемых давлении и температуре

Рис. 23.
Наиболее распространенные виды клеевых соединений (рис. 23) — нахлесточные (а), стыковые по косому срезу (в ус) (б) и с накладками (б).

Достоинства

клеевых соединений: возможность соединения деталей из разнородных материалов, в том числе из тонколистовых, и не поддающихся сварке и пайке; герметичность, обеспечиваемая непрерывной клеевой пленкой; высокая коррозионная стойкость; хорошее сопротивление усталости.

Недостатки

клеевых соединений: низкая прочность при неравномерном отрыве (отдире); ограниченная теплостойкость (лучшие клеи сохраняют достаточную прочность при температуре до 250°С); зависимость прочности соединения от сочетания материалов склеиваемых деталей, температуры склеивания и условий работы соединения; требование точной пригонки поверхностей склеиваемых деталей.
Прочность клеевого соединения зависит от марки клея, материалов соединяемых деталей, качества подготовки склеиваемых поверхностей деталей, режима склеивания и толщины клеевого шва. Толщина шва, зависящая от вязкости клея и давления при склеивании соединяемых деталей, рекомендуется в пределах 0,05. . .0,15 мм.
Применяемые в машиностроении клеи подразделяют на:

термореактивные

— эпоксидные, полиэфирные, фенолоформальдегидные, полиуретановые;

термопластичные

на основе полиэтилена, поливинилхлорида; эластомеры на основе каучуков.
При нормальной температуре 18...20°С предел прочности на сдвиг большинства клеев 10...20 МПа (предельные достигаемые значения 30...50 МПа); при 200... 250 °С снижается на 30...50 %.
Клеи на основе кремнийорганических соединений и неорганических полимеров (в частности, ВК2) обладают теплостойкостью до 700... 1000 "С, но меньшей прочностью и повышенной хрупкостью.
Предел выносливости клеевого соединения при пульсационном цикле оценивают около 0,7 временного сопротивления, при повторном ударном 0,2.
Наряду с жидкими клеями применяют клеи в виде пленок, которые вкладывают между соединяемыми деталями, а потом нагревают и сжимают.
Если раньше инертные материалы, например фторопласты, полиэтилен, не допускали склеивания, то теперь после специальной поверхностной химической обработки их склеивают обычными клеями. . Основным недостатком клеевых соединений является их слабая работа на неравно-ядерный отрыв, что накладывает требования на конструкцию соединений. Наиболее широко применяют соединения внахлестку, работающие на сдвиг. Стыковые соединения для обеспечения прочности выполняют по косому срезу (на «ус») или предусматривают накладки. При увеличении толщины клеевого слоя прочность падает. Оптимальная толщина слоя 0,05...0,15 мм.
Клеевые соединения могут упрочнять или полностью заменять соединения с натягом.
Для особопрочных соединений, испытывающих произвольную нагрузку, включая неравномерный отрыв, и вибрационную нагрузку, применяют комбинированные соединения, клеесварные и клеезаклепочные, клеерезьбовые.
Клеезаклепочные соединения прочнее клеесварных. Их обычно выполняют по незатвержденному (фенольному БФ-1, БФ-2 и др.) клею, что исключает необходимость сдавливания соединяемых листов при склеивании.
Успешно применяют клееболтовые соединения.
Рассеяние энергии в клеевых соединениях на 20—30 % больше, чем в обычных фрикционных.
При расчете на прочность нахлесточного клеевого соединения (рис. 4.1, а) размер нахлестки может быть определен из условия равнопрочности соединяемых деталей и клеевого шва:

где δ

толщина склеиваемых деталей; [σρ] — допускаемое напряжение на растяжение этих деталей; [τр]

допускаемое напряжение на срез клеевого шва.
Расчет на прочность клеевых соединений аналогичен расчету сварных соединений. Обычно размер клеевого шва назначают в зависимости от размеров соединяемых деталей и расчет шва на прочность осуществляют как проверочный. Соответственно расчет на прочность клеевого шва нахлесточного соединения (рис. 4.1, а) производят по формуле

где τс — расчетное напряжение на срез в клеевом шве; F — сила, действующая на соединение; b — ширина соединяемых деталей. Допускаемое напряжение на срез шва можно принимать для клея БФ-2 [τс] = 15. . .20 МПа, для клея БФ-4 [τс]=25. . .30 МПа.

^ ЛЕКЦИЯ № 7.


РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Деталей машин и их расчёт


Резьбовыми называют такие соединения, которые осуществляются крепежными деталями посредством резьбы.

Рис. 24.
Расположенные между канавками выступы называют витками резьбы (рис.24). Выступ резьбы принято называть ниткой резьбы.
Основными крепежными деталями резьбовых соединений являются: болты, винты, шпильки и гайки. ^ Болт представляет собой стержень с резьбой для гайки на одном конце и головкой на другом. Винт — это стержень, обычно с головкой на одном конце и резьбой на другом конце, которым он ввинчивается в одну из скрепляемых деталей. В резьбовых соединениях применяют винты и без головок. Шпилька представляет собой стержень с резьбой на обоих концах; одним концом она ввинчивается в одну из скрепляемых деталей, а на другой конец навинчивается гайка. Гайка — это деталь с резьбовым отверстием, навинчиваемая на болт или на шпильку и служащая для замыкания скрепляемых с помощью болта или шпильки деталей соединения.

^ Классы прочности и материалы резьбовых деталей


Стальные болты, винты и шпильки в соответствии с ГОСТ 1759—70** изготовляют 12 классов прочности. Классы прочности и материалы резьбовых деталей приведены в табл. 7.

1

.


Класс прочности обозначается двумя числами. Первое число, умноженное на 100, указывает минимальное значение предела прочности в МПа, второе, деленное на 10, указывает отношение предела текучести к пределу прочности, а, следовательно, их произведение, умноженное на 10, представляет собой предел текучести.


Табл.7.1.
Механические характеристики материалов резьбовых деталей

Класс


прочности


болта


σв

МПа


στ, МПа


Марки стали


min


max


Болт


Гайка


3.6


300


490


180


СтЗ; 10


Ст 3


4.6


400


550


240


20


Ст 3


5.6

500


700


300


30; 35


10


6.6


600


800


360


35;45;40Г


15


8.8


800


1000


640


35Х; 38ХА;


20; 35;45,


10.9


1000


1200


900


40Г2; 40Х; 30ХГСА


35Х; 38ХА


При стесненных габаритах выбирают резьбовые детали высоких классов прочности, что позволяет снизить массу узла. При опасности перекосов опорных поверх

ностей

следует выбирать, болты из стали повышенной пластичности. Головки часто завинчиваемых и отвинчиваемых винтов, концы стопорных винтов планируют для получения высокой твердости. Сильно напряженные винты из легированных сталей, а также среднеуглеродистой качественной стали подвергают улучшению или закалке. Термообработкой достигают повышения прочности винтов на 75 %.


Применяют механические способы упрочнения винтов — обкатку резьбы и переходного участка от головки к стержню.


В машинах, для которых решающее значение имеет уменьшение массы (самолеты), широко применяют винты из титановых сплавов (ВТ14, ВТ16). Масса винтов из титановых сплавов при одинаковых нагрузках вследствие меньшей плотности титана составляет 60 % от массы винтов из сталей.


В отдельных резьбовых соединениях применяют также шайбы и гаечные замки. ^ Обыкновенные шайбы представляют собой подкладки, помещаемые под гайки, головки болтов и винтов и служащие для увеличения опорной поверхности. Гаечные замки применяют для удержания гаек и винтов от самоотвинчивания. Для завинчивания и отвинчивания винтов со шлицами пользуются отвертками. Для завинчивания и отвинчивания остальных винтов и почти всех гаек применяют гаечные ключи.
Две детали, сопрягаемые резьбой (болт и гайка, винт и гайка и т. д.), называют винтовой парой.
^ Профиль резьбы определяется формой сечения витков в осевой плоскости. По форме профиля различают треугольную, прямоугольную,

в частности

квадратную, трапецеидальную и круглую резьбы. В зависимости от формы стержня, различают цилиндрические и конические резьбы. Резьба, расположенная на наружной поверхности детали, называется наружной, а на внутренней поверхности — внутренней. В зависимости от направления вращения контура, образующего резьбу, различают правую (см. рис. 25 б) и левую (рис 25, а) резьбы.

Рис.25.
Во всех случаях, когда нет необходимости применять левую резьбу, пользуются только правой резьбой. В зависимости от количества ниток резьбы, из, которых она образована, различают однозаходную, двухзаходную и другие резьбы. В резьбовых соединениях применяют исключительно однозаходные резьбы, как наиболее надежные в отношении самоторможения резьбовых деталей и предохраняющие их от самоотвинчивания. Многозаходные резьбы (двухзаходные, трехзаходные и т. д.) применяются в передачах винт — гайка и червячных.

По назначению различают

:

крепежные резьбы, предназначенные для скрепления деталей;
крепежно-уплотняющие резьбы, служащие не только для скрепления соединяемых деталей, но и создания герметичности их соединения;
резьбы для передачи движения, применяемые в передачах винт — гайка и червяках червячных передач.
В качестве крепежной применяют преимущественно треугольную резьбу, так как она наиболее прочная, обеспечивает большое трение на поверхности резьбовых деталей, проста и удобна в изготовлении и тем самым увеличивает надежность предохранения от самоотвинчивания. В качестве крепежно-уплотняющей резьбы также применяют треугольную резьбу, которая отличается от треугольной крепежной резьбы отсутствием радиальных зазоров между соединяемыми резьбовыми деталями. Резьбы других профилей применяют в основном для деталей, передающих движение.
Основные параметры резьбы (цилиндрической): форма и размеры профиля; наружный d(D), внутренний d1 (D1) и средний d2(D2) диаметры резьбы, угол подъема резьбы ψ, шаг резьбы Ρ — расстояние между одноименными сторонами двух рядом расположенных витков, измеренное в направлении осевой линии резьбы; ход резьбы Рh — это расстояние, на которое переместится болт или винт вдоль своей осевой линии за один оборот; число заходов резьбы п, т. е. число ниток резьбы, приходящихся на ее ход. Для однозаходной резьбы шаг и ход резьбы равны между собой (рис.27), Наружный диаметр d резьбы является ее номинальным диаметром. Средний диаметр резьбы
d2 = 0,5(d + d1) (7.1)
Из развертки на плоскость винтовой линии по среднему диаметру резьбы (рис. 26) следует, что
(7.2)

Рис. 26.

Распределение осевой нагрузки по рабочим виткам.

В резьбовых соединениях осевая растягивающая нагрузка распределяется неравномерно по рабочим виткам резьбы. Впервые закон распределения был исследован и установлен Н. Е. Жуковским (1846—1921).
В резьбовом соединении с гайкой, работающей на растяжение, и с нормальной податливостью винта и гайки эпюра распределения давления между витками получается с минимумом в средней части длины свинчивания. В связи с тем, что винты, как правило, работают со значительной силой начальной затяжки, для большей части винтов в машиностроении применяют расчеты на статическую нагрузку.

Рис. 27. Схема распределения нагрузки между витками резьбы по Η. Ε. Жуковскому
Выход из строя винтов в указанных условиях нагрузки может происходить по одной из следующих причин:
1) разрыв стержня по резьбе или по переходному сечению;
2) повреждение или разрушение резьбы (смятие и износ, срез, изгиб);
3) разрушение у головки.
Эти исследования выявили природу и степень неравномерности распределения нагрузки по рабочим виткам резьбы. Принципиальная картина распределения нагрузки по виткам резьбы для соединения типа болт — гайка показана на рис. 27. Увеличение высоты гайки практически не влияет на характер распределения.
Гайки растяжения получили ограниченное распространение вследствие не технологичности конструкций. Более технологичной является конструкция гайки с торцовой выточкой и удаленным первым, наиболее нагруженным витком (рис. 28, вариант А), представляющая собой разновидность гайки растяжения.

Рис. 28.
Гайки шестигранные при одних и тех же диаметрах резьбы и высоте различают нормальные и облегченные, т. е. с меньшими наружными размерами.
Шестигранные гайки изготовляют нормальной высоты, низкие, высокие и особо высокие. Шестигранные прорезные и корончатые гайки бывают нормальной высоты и низкие. Наиболее распространены шестигранные гайки. К специальным гайкам относятся: шестигранные гайки для крепления колес автомобилей, гайки, служащие для герметизации резьбовых соединений и ряд других.

Силовые соотношения, условия самоторможения и к. п. д. винтовой пары.


Рассмотрим соотношения между силами, действующими в винтовой паре с прямоугольной резьбой. Развернем виток прямоугольной резьбы винта по среднему диаметру d2 в наклонную плоскость, а гайку заменим ползуном (рис. 29, а). Подъему ползуна по наклонной плоскости соответствует навинчивание гайки на винт.

Рис. 30.
Из теоретической механики известно, что сила взаимодействия F между наклонной плоскостью и ползуном, представляет собой равнодействующую нормальной силы и силы трения между ними и наклонена к нормали n поверхности их соприкосновения под углом трения φ.
Разложим силу ^ F (рис. 30) на две составляющие: осевую силу Fa, действующую на винтовую пару, и окружную силу Ft вращающую гайку при ее навинчивании (в других случаях вращающую винт при его ввинчивании).

Рис. 30.
Из чертежа разложения сил (рис. 31) следует, что
(7.3)
где ψ — угол подъема резьбы.
Очевидно, что крутящий момент Τ в резьбе, создаваемый силой Ft при навинчивании гайки или ввинчивании винта, будет равен:
T = 0,5d2Ft,
или
(7.4)
Спуску ползуна по наклонной плоскости (рис. 31, б) соответствует отвинчивание гайки или винта. В этом случае при разложении силы взаимодействия F′ между наклонной плоскостью и ползуном на осевую силу Faи окружную силу F't имеем
(7.5)
Очевидно, что при [что соответствует условию ] резьба будет самотормозящей. Следовательно, условие самоторможения прямоугольной резьбы математически определяется условием φ ≥ ψ При подъеме ползуна по наклонной плоскости движущей силой Ft (рис. 30, а) на высоту, равную ходу резьбы Рh, работа движущих сил
(7.6)
а работа сил полезных сопротивлений
(7.7)
Коэффициент полезного действия η винтовой пары с прямоугольной резьбой при навинчивании гайки или ввинчивании
или


Из анализа формулы следует, что для самотормозящей винтовой пары, где ψ < φ, η < 0,5.
Рассмотрим силовые соотношения, условия самоторможения и к. п. д. винтовой пары с треугольной или трапецеидальной резьбой. Так как рассуждения и выводы для указанных резьб одинаковы, то рассмотрим их применительно к треугольной резьбе. Если в рассмотренной винтовой паре заменим прямоугольную резьбу треугольной, то сила трения в резьбе, а следовательно, и окружная сила винтовой пары будут иметь другие значения. Определим силы трения и установим соотношения между силами трения в прямоугольной и треугольной резьбах. Для упрощения выводов угол наклона резьбы примем равным нулю. Сила трения для прямоугольной резьбы (рис.30, в)
Ff =fFa
где f — коэффициент трения.
Сила трения для треугольной (рис.30, в) или трапецеидальной резьбы

где α — угол профиля резьбы, a — приведенный коэффициент трения:

Из формулы следует, что по сравнению с прямоугольной резьбой в треугольной и трапецеидальной резьбах трение больше. Для нормальной метрической резьбы α=60° и = 1,15; для трапецеидальной резьбы α=30° и = 1,04, следовательно, в этой резьбе трение больше, чем в прямоугольной резьбе, но меньше, чем в треугольной.
Очевидно, что соотношению коэффициентов трения f и соответствует соотношение между углами трения φ и φ',
где φ' — приведенный угол трения, считая тангенсы малых углов равными самим углам:

Соотношения между силами в прямоугольной и треугольной резьбах аналогичны. Поэтому следует, что для треугольной или трапецеидальной резьбы окружная сила
(7.10)
крутящий момент в резьбе
(7.11)
условие самоторможения определяется выражением ψ<φ', коэффициент полезного действия
а для самотормозящей винтовой пары, где ψ < φ', η < 0,5.
Момент трения Tf на торце гайки или головки винта при их завинчивании определяют следующим образом. Торцовая опорная поверхность гайки или головки винта принимается кольцевой с наружным диаметром D, равным раствору ключа, и внутренним диаметром d0, равным диаметру отверстия под болт, винт или шпильку. Принято считать, что давление на опорной поверхности распределяется равномерно, т.е.

Для упрощения расчетов часто принимают, что равнодействующая силы трения fF на опорной поверхности гайки или головки винта действует по касательной к окружности среднего диаметра dc, опорной поверхности и момент
где
Формула (7.14) при технических расчетах дает вполне достаточную точность. Очевидно, что момент завинчивания гайки или ввинчивания установочного винта
(7.15)
^ Расчёт на прочность резьбовых соединений
Осевая нагрузка винта передаётся через резьбу гайке и уравновешивается реакцией её опоры. Каждый из

Z

витков резьбы нагружается силами

F

1

,

F

2

, …

F

Z

.
В общем случае нагрузки на витках не одинаковы. Задача о распределении нагрузки по виткам статически неопределима и была решена русским учёным Н.Е. Жуковским в 1902 г. на основе системы уравнений для стандартной шестигранной гайки. График показывает значительную перегрузку нижних витков и бессмысленность увеличения длины гайки, т.к. последние витки практически не нагружены. Такое распределение нагрузки позже было подтверждено экспериментально. При расчётах неравномерность нагрузки учитывают эмпирическим (опытным) коэффициентом

K

m

, который равен

0,87

для треугольной,

0,65

для трапецеидальной резьбы и

0,5

– для прямоугольной.
Основные виды разрушений у крепёжных резьб – срез витков, у ходовых - износ витков. Следовательно, основной критерий работоспособности для расчёта крепёжных резьб – прочность по касательным напряжениям среза, а для ходовых резьб – износостойкость по напряжениям смятия.
Условие прочности на срез для винта:

F /

(

πd

1

HKK

m

)[

τ

]
; (7.16)
для гайки:

τ

=

F /

(

πdHKK

m

)[

τ

]
, (7.17)
где

H

–высота гайки или глубина завинчивания винта в деталь,

K

=

ab/p

или

K

=

ce/p

– коэффициент полноты резьбы,

K

m

– коэффициент неравномерности нагрузки по виткам.


Рис.32. Напряжение в резьбе
Условие износостойкости на смятие:

s

см

=

F /

(

πd

2

HZ

)
[

s

]

см

, (7.18)
где

Z

– число рабочих витков.

Равнопрочность резьбы и стержня винта

является важнейшим условием назначения высоты стандартных гаек. Так, приняв в качестве предельных напряжений пределы текучести материала и учитывая, что

τ

Т

0,6s

Т

условие равнопрочности резьбы на срез и стержня винта на растяжение предстанет в виде:



При

K

=

0,87

и

K

m

=

0,6

получаем

H

0,8d

1

, а учитывая, что

d

1

=

d

окончательно принимаем высоту нормальной стандартной крепёжной гайки

H

0,8d.


1 ... 13 14 15 16 17 18 19 20 ... 29
Карта сайта

Последнее изменение этой страницы: 2018-09-09;



2010-05-02 19:40
referat 2018 год. Все права принадлежат их авторам! Главная