Соединения деталей машин
Понятия и определения соединений деталей машин
Каждая машина состоит из деталей, число которых зависит от сложности и размеров машины. Так автомобиль содержит около 16 000 деталей (включая двигатель), крупный карусельный станок имеет более 20 000 деталей и т.д.
Чтобы выполнять свои функции в машине детали соединяются между собой определенным образом, образуя подвижные и неподвижные соединения . Например, соединение коленчатого вала двигателя с шатуном, поршня с гильзой цилиндра (подвижные соединения) . Соединение штока гидроцилиндра с поршнем, крышки разъемного подшипника с корпусом (неподвижное соединение) .
Подвижные соединения определяют кинематику машины, а неподвижные – позволяют расчленить машину на отдельные блоки, элементы, детали.
Соединения состоят из соединительных деталей и прилегающих частей соединяемых деталей, форма которых подчинена задаче соединения. В отдельных конструкциях специальные соединительные детали могут отсутствовать.
С точки зрения общности расчетов все соединения делят на две большие группы: неразъемные и разъемные соединения .
Неразъемными называют соединения, которые невозможно разобрать без разрушения или повреждения деталей . К ним относятся заклепочные (клепаные), сварные, клеевые соединения, а также соединения с гарантированным натягом. Неразъемные соединения осуществляются силами молекулярного сцепления (сварка, пайка, склеивание) или механическими средствами (клепка, вальцевание, прессование) .
Разъемными называют соединения, которые можно многократно собирать и разбирать без повреждения деталей . К разъемным относятся резьбовые, шпоночные и шлицевые соединения, штифтовые и клиновые соединения.
По форме сопрягаемых поверхностей соединения делят на плоское , цилиндрическое , коническое , сферическое , винтовое и т.д.
Выбор типа и вида соединения определяется условиями взаимодействия деталей, требованиями к прочности соединения, условиями работы, требованиями к надежности, долговечности и др.
Область применения различных соединений
Как уже указывалось выше, подвижные и неподвижные соединения деталей машин для различных узлов, агрегатов и механизмов подбираются с учетом наибольшей целесообразности — прочностных характеристик, особенностей монтажа, экономичности (стоимости изготовления и эксплуатации) и т. д.
Сварные соединения применяются обычно для соединения деталей, испытывающих значительные по мощности, но постоянные по направлению нагрузки. Получают сварные соединения при помощи сварочных аппаратов различных типов (электродуговая сварка, газосварка и т.д.). Сварные швы могут быть сплошными, прерывистыми, круговыми.
Бывает так же точечная сварка; применяются т.н. «электрозаклепки», представляющие собой сварные швы, уложенные внутри отверстия одной из соединяемых деталей на поверхность другой детали.
Пайка , в общем, по технологии и характеристикам сходна со сваркой, но отличается тем, что для пайки применяются специальные составы (припои), как правило на основе олова, свинца и флюсовых добавок. Наиболее широко пайка применяется в радиотехнике, электронике, при соединении деталей гидравлических систем (пайка трубок и штуцеров) и т.д.
Заклепочное (клепаное) соединение применяется в случаях, когда соединяемые детали испытывают знакопеременные нагрузки малой и средней мощности (в том числе вибрации), или знакопеременные нагрузки большой мощности, исключающие работу на срез. Пример: рамы, корпуса, крепление несъемных облицовок и т.п.
Резьбовые соединения применяются повсеместно и являются наиболее распространенным видом соединения в технике. Суть резьбового соединения в применении пары дополнительных деталей, соединяющихся посредством вворачивания одной детали в другую по резьбе, и тем самым соединяющих основные детали.
Надежность резьбового соединения обеспечивается за счет силы трения в витках резьбы. Коэффициент трения в правильно соединенных деталях должен превышать коэффициент сдвига основных деталей. Величина коэффициента трения зависит от момента затяжки резьбового соединения, размеров и свойств резьбовой пары.
Наиболее распространенными элементами резьбовых соединений являются болты, винты, шпильки, гайки.
Шпоночные и шлицевые соединения применяются при соединении деталей совместного вращения. Чаще всего это валы и зубчатые колеса, валы и шкивы, валы и муфты, а так же валы и всевозможные рукоятки, толкатели и т.п. Шлицевое соединение обеспечивает передачу значительно большего момента, чем шпоночное и применяется в более нагруженных узлах.
Штифтовое соединение обеспечивает неподвижность и точную ориентацию деталей относительно друг друга и применяется, например, для обеспечения соосности отверстий в деталях разъемных корпусов (корпуса редукторов, коробок перемены передач и т.д.).
Требования к соединениям деталей машин
Проектирование соединений является очень ответственной задачей, поскольку большинство разрушений в машинах происходит именно в местах соединений.
К соединениям в зависимости от их назначения предъявляются требования прочности, плотности (герметичности) и жесткости.
При оценке прочности соединения стремятся приблизить его прочность к прочности соединяемых элементов, т. е. стремятся обеспечить равнопрочность конструкции.
Требование плотности является основным для сосудов и аппаратов, работающих под давлением. Уплотнение разъемного соединения достигается за счет:
· сильного сжатия достаточно качественно обработанных поверхностей;
· введения прокладок из легко деформируемого материала.
При этом рабочее удельное давление q в плоскости стыка должно лежать в пределах q = (1,5. 4)p , где: p – внутренне давление жидкости в сосуде .
Экспериментальные исследования показали, что жесткость соединения во много раз меньше жесткости соединяемых элементов, а поскольку жесткость системы всегда меньше жесткости наименее жесткого элемента, то именно жесткость соединения определяет жесткость системы.
Неразъемные соединения деталей машин
Сварные соединения
Сваркой называют процесс соединения металлических и пластмассовых деталей путем установления межатомных связей между соединяемыми частями при местном нагреве, пластической деформации или одновременном действии того и другого .
Различают термическую, термомеханическую и механическую сварки. Наиболее распространенными видами сварки являются электродуговая, электронно-лучевая, газовая (термические); контактная и термокомпрессионная (термомеханические); трением, холодная и ультразвуковая (механические).
При электродуговой сварке электрической дугой в месте контакта электрода и соединяемых деталей расплавляется металл деталей и электрода и образуется прочный шов .
Защитная обмазка металлического электрода образует при сварке большое количество шлака и газа, которые обеспечивают устойчивое горение дуги и защищают расплавленный металл от окисления. В месте сварки сильно окисляющихся при нагреве алюминиевых и магниевых сплавов, сплавов титана, высоколегированных сталей электрическую дугу окружают слоем инертного газа, аргона или гелия, что сильно удорожает сварку.
При газовой сварке для нагрева и плавления металлов используют теплоту газового пламени при сжигании ацетилена в кислороде. Такую сварку часто применяют для тонкостенных и легко окисляющихся деталей из металлов, обладающих различными температурами плавления, в частности, для сварки деталей из конструкционных сталей толщиной до 2 мм , меди – до 4 мм . Газовая сварка вызывает небольшие деформации и структурные изменения.
Электронно-лучевую (лазерную) сварку производят потоком электронов (частиц света) большой энергии. Этим способом обычно сваривают тугоплавкие и сильно окисляющиеся металлы и сплавы. Сварку производят в вакууме или в атмосфере аргона.
Контактная сварка – самый производительный способ сварки в массовом производстве.
Различают точечную, стыковую и роликовую (шовную) контактные сварки.
При точечной сварке тонкостенные детали соединяют внахлестку. Под действием давления электродов, проводящих ток к месту сварки, образуются точечные сварные соединения. Так как высокие температуры действуют на небольших участках (точках), отсутствует коробление соединяемых деталей. Точечную сварку используют при изготовлении кожухов, панелей, шасси, стоек и других деталей.
При стыковой сварке соединяемые детали сжимают и в зоне контакта при прохождении электрического тока выделяется большое количество теплоты. Стыковой сваркой соединяют детали различных форм и сечений (круг, квадрат, труба, уголок и т.д.) .
Шовную сварку осуществляют вращающимися дисковыми электродами. При этом получается непрерывный сварной шов, обеспечивающий герметичное соединение тонкостенных деталей.
Разновидностью контактной сварки является конденсаторная сварка – ток к месту сварки подается в виде короткого импульса при разряде конденсаторов. Контактная сварка позволяет сваривать разнородные материалы, детали малых толщин и сечений (сварка в «шарик» монтажных приводов) и детали различных сечений.
Термокомпрессионная сварка – это сварка под давлением с местным нагревом участка соединения за счет теплопередачи от нагретого электрода.
Применяется для присоединения металлических проводников толщиной в десятки микрон к полупроводниковым кристаллам, к напыленным пленкам,
т.е. при монтаже элементов микросхем.
При сварке трением нагрев в месте соединения осуществляется за счет теплоты, выделяемой в месте контакта прижатых друг к другу и вращающихся по отношению друг к другу деталей.
Холодная сварка осуществляется без нагрева соединяемых деталей за счет их сжатия с помощью механических и гидравлических прессов до появления пластических деформаций. Холодной сваркой сваривают металлы с хорошими пластическими свойствами – алюминий и его сплавы, медь и ее некоторые сплавы; никель; олово; серебро; разнородные металлы, например, алюминий и медь.
Для получения прочных и плотных швов необходимо предварительно очистить поверхности контакта от окислов. Прочность соединения при точечной холодной сварке может быть выше, чем при точечной контактной сварке, но при этом значительно хуже внешний вид соединения из-за вмятин и пластической деформации.
Ультразвуковая сварка основана на создании в месте соединения деталей переменных напряжений сдвига с частотой ультразвуковых генераторов, преобразующих колебания электрических величин в механические колебания. Ультразвуковая сварка позволяет сваривать металлы с различными, в том числе неметаллическими покрытиями, пластмассы.
В зависимости от выбранного вида сварки и требований, предъявляемых к соединению, применяют различные виды соединений.
В зависимости от взаимного расположения соединяемых элементов различают следующие виды сварных соединений: стыковые, нахлесточные, угловые и тавровые.
В зависимости от расположения по отношению к направлению нагрузки сварные швы делят на лобовые – шов перпендикулярен направлению нагрузки, фланговые – шов параллелен направлению нагрузки, косые и комбинированные.
Достоинствами сварных соединений являются высокая производительность, равнопрочность, герметичность, возможность соединения различных материалов и деталей разных форм.
Недостатки сварных соединений : появление остаточных напряжений в местах сварки за счет локального нагрева, что может привести к деформации свариваемых деталей; недостаточная вибрационная и ударная прочность; необходимость проведения термической обработки для снятия остаточных напряжений; сложность контроля дефектов и качества соединения.
Из неметаллических материалов сварке подвергаются только термопластические пластмассы (полиэтилен, полистирол, полипропилен и др.), при этом кромки деталей разогреваются до пластического вязкотекучего состояния, а затем подвергаются сжатию. Известны следующие способы сварки пластмасс: ультразвуком, токами высокой частоты, трением, газовыми теплоносителями и нагретыми инструментами.
Соединения пайкой
Пайкой называют процесс соединения металлических или металлизированных деталей с помощью дополнительного связующего материала – припоя, температура плавления которого ниже температуры плавления материала соединяемых деталей.
Хорошее соединение пайкой можно получить только при чистых поверхностях спаиваемых деталей, свободных от окислов и загрязнений и при заполнении зазора между деталями припоем. Для очистки и защиты соединяемых поверхностей и припоя от окисления, улучшения смачиваемости и лучшего растекания припоя применяют флюсы. Они способствуют очищению поверхностей от загрязнений, растворяют окисные пленки, улучшают смачиваемость поверхностей припоем, обеспечивают лучшее затекание припоя в зазоры между спаиваемыми деталями.
Достоинствами пайки являются простота и дешевизна технологического процесса, широкие возможности его механизации и автоматизации, возможность соединения всех металлов и разнородных материалов (металл с керамикой, стеклом, резиной), малые остаточные температурные напряжения и деформации, малое электросопротивление мест соединения.
Так как непосредственная пайка при соединении металлов с неметаллами невозможна, то на поверхности неметаллических материалов создают промежуточный слой из меди, никеля, серебра, который хорошо сцепляется с поверхностью этих материалов и обеспечивает качественную пайку с металлом.
Недостатком соединений пайкой является их невысокая механическая и термическая прочность.
Источник
Способы соединения деталей (технический труд)
Выбранный для просмотра документ урок.docx
Тема: Способы соединения деталей
Цель: Познакомить существующие способы соединения деталей; Развивать умение сравнивать, обобщать, анализировать; воспитать чувства гуманизма, коллективизма, нормальному отношению к физическому труду.
Оборудование и материалы: компьютер, проектор, образцы
Тип урока: комбинированный
Организационный момент (проверка присутствующих, дежурных)
Актуализация опорных знаний
Что такое технический рисунок ?
Сделать эскиз данной конструкции
Выполнить чертеж данной конструкции
3. Изучение нового материала
Формирование новых понятий и способов действий
По способу передачи усилий соединения деревянных элементов разделяют на следующие виды:
соединения на механических связях (на болтах, гвоздях, шурупах, и т.п.);
соединения, в которых усилия передаются непосредственным упором контактных поверхностей соединяемых элементов (шипов, врубок, нагелей и т.п.);
соединения на клеях.
3.1.СОЕДИНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ НА ГВОЗДЯХ
Многие изделия из древесины, которые вы будете делать в учебных мастерских, содержат несколько деталей. Их соединяют между собой различными способами. Процесс соединения деталей в целое изделие называется сборкой.
В зависимости от расположения деталей в изделиях различают концевые и серединные соединения . Они могут быть выполнены с помощью гвоздей, шурупов или клея.
Промышленность выпускает гвозди различной толщины, длины и с разными головками.
Гвозди, используемые в строительстве :
А — круглый гвоздь; 
Б — с выпуклой шляпкой;
В — напольный гвоздь;
Г — овальный гвоздь;
Д — гвоздь без шляпки;
Е — панельный гвоздь;
Ж — штукатурный гвоздь;
3 — настенный гвоздь
чтобы древесина не раскололась во время забивания гвоздя, нужно притупить его кончик (или откусить его кусачками). Такой гвоздь будет сминать волокна древесины, а не раскалывать ее;
нужно помнить, что гвоздь, забитый вдоль волокон, держится намного слабее, чем гвоздь, забитый поперек волокон;
несколько забитых гвоздей, расположенных близко друг к другу вдоль одного слоя древесины, могут ее расколоть. Древесина расколется и в том случае, когда толстый гвоздь забить близко от кромки. Чтобы избежать этого, гвозди лучше брать меньшего диаметра, увеличивая их количество. Забивать их лучше в шахматном порядке.
Виды гвоздевых соединений : 
А — забивание под углом;
Б — под углом во встречных направлениях;
В — скрытность соединения подрубанием кромок;
Г — два способа расположения режущих кромок на окончании гвоздя: в положении 1 режущие кромки расположены поперек волокон и не раскалывают заготовку; в положении 2 режущие кромик расположены вдоль и древесина может расколоться;
Д — скрытность соединения при помощи пробки
Основные инструменты, применяемые для соединения деталей на гвоздях,— столярный молоток, клещи и шило.
При соединении деталей гвоздями тонкую деталь прибивают к толстой. Для того чтобы соединение деталей было надежным, длина гвоздя должна быть в 2—3 раза больше толщины прибиваемой детали. Диаметр же гвоздя должен быть меньше толщины прибиваемой детали, иначе в детали может появиться трещина. Место забивания гвоздя должно отстоять от кромки или торца детали на расстоянии не меньше половины толщины детали.
Целесообразно предварительно накалывать его шилом. Гвоздь начинают забивать несильными ударами молотка, а когда он войдет наполовину стержня — ударять надо сильнее. Удары молотком по гвоздю наносят сверху, прямо по шляпке, а не под углом к стержню гвоздя. Наиболее прочное соединение получается в том случае, когда гвоздь вбивают поперек волокон или под некоторым углом к ним .
Если гвоздь пошел косо или согнулся, не огорчайтесь! Такой гвоздь надо вынуть молотком со специальной прорезью на носке или клещами.
Согнутые гвозди можно выпрямить на металлическом бруске или твердой доске и использовать в дальнейшей работе. Чтобы не повредить изделие, под губки клещей или боек молотка подкладывают кусочек древесины или фанеры.
Работать можно только исправным инструментом, использовать его надо строго по назначению.
Молоток при работе надо держать на расстоянии 20—30 мм (2 — 3 пальца) от свободного конца ручки.
Нельзя оставлять столярный молоток на краю верстака.
Нельзя стоять за спиной человека, работающего молотком.
Острие шила должно быть направлено в сторону от работающего.
3.2. СОЕДИНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ НА ШУРУПАХ
Со временем гвоздевое соединение ослабевает: гвоздь может раскачаться и даже совсем выпасть. Гораздо более прочно соединение деталей на шурупах.
Шуруп — это крепежная деталь, состоящая из головки и стержня с винтовой нарезкой. На головке шурупа сделана канавка — шлиц — для отвертки. Шлиц может быть прямой и крестообразный.
Различаются шурупы по виду головок, которые бывают полукруглыми, потайными и полупотайными, а также по длине стержня. Чаще всего используют шурупы с потайной головкой. Такой шуруп не выступает над поверхностью детали. 
Б — утопленный шуруп;
В — шуруп с высокой головкой;
Г — самонарезающий шуруп;
Д — шуруп с полукруглой головкой;
Е — шуруп с удвоенной резьбой
Места установки шурупов размечают так же, как и для гвоздей. Завинчивать шуруп в деталь трудно, поэтому в заготовке перед установкой шурупов небольших размеров шилом делают отверстие на глубину, равную примерно 2/3 длины шурупа.
Отвертку подбирают таких размеров, чтобы ширина ее рабочей части равнялась ширине шлица. Форма рабочей части отвертки должна быть такая же, как у шлица. Под толстые и длинные шурупы отверстия высверливают сверлами. Диаметр их — 4/5 диаметра стержня шурупа, глубина сверления примерно равна половине его длины. 
Для потайной головки сверлом большого диаметра расширяют входное отверстие. Шуруп вставляют в отверстие и завинчивают отверткой по часовой стрелке.
Пользоваться надо только такой отверткой, которая точно подходит к шлицу головки шурупа.
Шуруп надо ввинчивать под прямым углом к деталям.
При сборке деталей нельзя пользоваться шурупами со сбитым шлицем.
Шурупы, смазанные машинным маслом или мылом, легче завинчиваются в деталь.
Заусенец на головке ввернутого шурупа надо обязательно удалить шлифовальной шкуркой.
3.3. СОЕДИНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ НА БОЛТЫ
Болтами можно соединять как изогнутые, так и прямые детали. Крепежный болт используется для крепления досок сечением 50×100 мм. Машинный и каретный болты применяют для установки деревянных деталей на стальных конструкциях. Параметры болта определяют заданным его диаметром и длиной от нижней плоскости шляпки до конца. Длина крепежного болта с плоской шляпкой измеряется от верхушки до конца.
А — болт с ограждением;
3.4СОЕДИНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ НА КЛЕЮ
Чаще всего для получения клеевых соединений используют столярный клей. Он выпускается в виде зерен или темно-коричневых плиток. Готовят клей в специальной посуде — клееварке и используют в горячем виде. Клей должен быть не очень густым и без комков.
Клей тонким слоем наносят равномерно на поверхность соединяемых деталей при помощи кисти и сжимают приспособлением — струбциной .
После выдержки (время ее определяется с учетом применяемого клея) склеенные детали освобождают из струбцины, выступившие из швов остатки клея снимают.
Иногда для склеивания деревянных деталей используют и синтетические универсальные клеи типа ПВА, «Суперцемент», БФ, которые широко применяются в быту для склеивания изделий из других материалов. Однако синтетические клеи выделяют вредные для здоровья пары. Поэтому их применение требует специальных условий: хорошей вентиляции помещений, наличия теплой воды для мытья рук после работы.
Склеивание деталей надо проводить только на подкладной доске.
При работе надо избегать попадания клея на кожу рук.
После работы надо тщательно вымыть руки с мылом и проветрить помещение.
Источник
