Зубч_механизмы, неразъемные соединения, констр_материалы. 1. Зубчатые механизмы
 Скачать 0.91 Mb.
|
|
1.4. Применение зубчатых передач в приборостроении. Использование зубчатых передач позволяет осуществить приводы с ми- нимально возможными габаритами, потерями на трение и эксплуатацион- ными расходами при максимальной надежности в работе. В связи с этим в силовых приводах современных машин в основном при- меняются зубчатые передачи. Они используются в приводах автомобилей, тракторов, металлорежущих станков, гребных винтов кораблей, винтов са- молетов, горнорудных экскаваторов, самосвалы и др. Зубчатые передачи также имеют большое распространение в маломощных приводах и в различ- ных автоматах и приборах. Они используются в качестве редукторов следя- щих систем или автоматических устройств, редукторов самопишущих прибо- ров, отсчетных механизмов вычислительных устройств, механизмов настрой- ки радиоэлектронной аппаратуры и т. д. 2. Неразъемные соединения. К неразъемным относятся соединения, которые нельзя разобрать без раз- рушения соединительных элементов или повреждения соединенных дета- лей. К таким соединениям относятся: заклепочные, сварные, соединения пайкой, соединения заформовкой, клеевые. 11 2.1. Паяные соединения. Виды, достоинства, недостатки, применение. Соединения пайкой получаются с помощью дополнительного металла (сплава) - припоя, путем нагрева места соединения до температуры плавле- ния припоя. Соединение происходит за счет растворения и диффузии основ- ного материала и припоя. Так как температура плавления припоя сравнительно низкая, то пайка не вызывает изменения механических свойств соединяемых металлов и не со- провождается появлением заметных внутренних напряжений. При помощи пайки соединяют детали не только из черных и цветных ме- таллов, но и осуществляют соединение металлов со стеклом, керамикой и другими материалами. Хорошее соединение пайкой может быть получено только при обеспече- нии надлежащей чистоты соединяемых поверхностей деталей. В процессе пайки эти поверхности также необходимо защищать от окисления при по- вышенной температуре. Для этого применяют специальные вещества - флю- сы, которые не только образуют жидкую или газообразную защитную среду, но и способствуют очищению поверхностей от загрязнений, растворяют ок- сидные пленки, улучшают смачиваемость поверхностей припоем, уменьша- ют поверхностные натяжения в припоях, обеспечивая лучшее затекание при- поя в зазоры между спаиваемыми деталями. Способы пайки. Несмотря на большое разнообразие способов пайки, все их условно можно разделить на два: пайку мягкими (низкотемпературными - до 400 °С) припоями и пайку твердыми (высокотемпературными - свыше 400°С) припоями. После пайки места соединений должны тщательно промы- ваться щелочными растворами для удаления кислотных остатков, входящих в состав флюсов. При пайке твердыми припоями в качестве флюса чаше всего применяют буру или ее смесь с борной кислотой. Однако эти флюсы не удаляют высоко- температурных окислов, поэтому они не употребляются с припоями, плавя- щимися при температуре ниже 800 °С. В настоящее время появились флюсы на основе фтористых соединений, способные удалять высокотемпературные окислы и после пайки легко смы- ваться водой. В состав этих флюсов входят смеси фтористого калия, борной кислоты и бората калия. Соединения пайкой могут выполняться при различных способах нагрева деталей и припоя. Наиболее распространенными являются: пайка паяльни- ком, пайка при помощи горелки, пайка в печи, пайка при помощи индуктора, пайка в жидких средах, пайка при помощи ультразвука. Пайка паяльником применяется при пайке мягкими припоями, так как медный наконечник паяльника не выдерживает высоких температур. Наибо- лее широко пайка паяльником применяется при соединении малогабарит- ных деталей. 12 Пайка при помощи горелки применяется для соединения массивных дета- лей, а также при использовании твердых припоев. В процессе пайки детали и припой разогреваются до высокой температуры пламенем газовой горелки или паяльной лампы. При этом возможно значительное коробление соеди- няемых деталей. Пайка в печи позволяет повысить производительность процесса, но требу- ет специальной подготовки изделия, обеспечивающей хорошую взаимную фиксацию соединяемых деталей и припоя. Этот способ позволяет выполнять пайку в защитных средах при различных температурах, т.е. он одинаково удобен как для пайки мягкими, так и для пайки твердыми припоями. Соеди- нения получаются надежными со стабильными характеристиками. Пайка при помощи индуктора (индукционная пайка) состоит в том, что здесь тепло получается от электрического тока, индуцирующегося непосред- ственно в соединяемых деталях. При этом возможен очень быстрый нагрев места соединения, что уменьшает возможность окисления соединяемых по- верхностей. Пайка может производиться также в вакууме или защитной га- зовой среде. Пайка в жидких средах происходит за счет теплообмена между металли- ческими деталями и жидкой средой. В качестве жидкой среды могут быть использованы расплавленные соли, различные масла, нагретые до высокой температуры, расплавленные припой или флюс. Этим способом можно паять самые различные материалы. При пайке алюминия и его сплавов используют обычно расплавленные флюсы. При пайке в ваннах с расплавленным припоем детали должны быть хоро- шо очищены и предварительно обработаны флюсом. Тогда припой, затекая в зазоры между деталями, образует прочное соединение. Этот способ позволяет весьма существенно повысить производительность процесса. Все преимущества этого способа выявились при пайке многочис- ленных соединений на печатных платах. Так как при пайке в ваннах возможны повреждение каких-либо элементов печатных плат или их самих из-за действия высокой температуры припоя, а также слишком большой расход припоя, то приходится применять специаль- ные защитные приспособления, что значительно усложняет этот процесс. В последнее время разработан способ пайки волной расплавленного при- поя. В этом случае печатная плата проходит над ванной с припоем и касается вершины волны, создаваемой специальным устройством. Предварительно залуженные поверхности в местах соединений смачиваются припоем (изли- шек которого стекает вниз), и в течение малого промежутка времени про- исходит соединение многих элементов схемы. Для уменьшения времени на- хождения платы над ванной с припоем (что может привести к порче платы или других нетеплостойких элементов) очень часто применяют ванны с двойной волной. 13 Пайка при помощи ультразвука в основном применяется для соединения деталей из алюминия и его сплавов. Наиболее часто этот способ применяет- ся для предварительного покрытия припоем (облуживания) различных дета- лей. Причем облуживание может производиться в ваннах с расплавленным припоем, находящимся под действием ультразвука, или при помощи специ- ального ультразвукового паяльника. Однако из-за сложности самого процесса, необходимости применения специального оборудования и инструментов этот способ не получил еще широкого внедрения в производство. Основными видами соединений пайкой являются соединения встык, со- единения внахлестку и соединения в ус. В первом случае соединение имеет малые габариты, но невысокую прочность. Во втором случае можно обеспе- чить большую прочность, но увеличиваются габариты соединения. В третьем случае получается и достаточная прочность и малые габариты, но это соеди- нение довольно трудоемко. Пайка мягкими припоями, как правило, не обес- печивает высокую прочность соединений. Поэтому такие соединения следу- ет разгружать от действия приложенных нагрузок. При пайке твердыми припоями прочность соединения сравнима с прочно- стью соединяемых деталей, следовательно, эти соединения можно конст- руировать, не уделяя особого внимания разгрузке шва от действующих сил и моментов. 2.2. Сварные соединения. Виды, достоинства, недостатки, применение. Соединения сваркой осуществляются путем местного нагрева деталей в зоне их соединения. В месте сварного шва образуется как бы однородное общее тело. В зависимости от формы свариваемых деталей, материала, из которого они изготовлены, и их назначения применяются различные способы сварки. Поскольку при соединении сваркой возникают межатомные связи, то не вся- кие материалы могут быть легко сварены между собой. Также свариваемость металлов и сплавов существенно зависит не только от их химического соста- ва, но и от выбранного способа и технологического режима сварки. Очень часто металлы, плохо сваривающиеся при одном способе и режиме сварки, хорошо свариваются при другом. То же можно сказать и о прочности самого соединения. Способы сварки. Стыковая сварка, как и многие другие виды электро- сварки, выполняется на сварочных машинах и может проводиться с рас- плавлением и без расплавления металла в зоне стыка. Свариваемые детали при этом сжимаются и в зоне контакта (в зоне переходного сопротивления) выделяется большое количество тепла. Таким способом могут быть сварены детали любого сечения: круглого, квадратного, различные уголки, трубы и т.п. Стыковой сваркой свариваются почти все металлы и многие сплавы. 14 При точечной сварке детали (обычно тонкостенные) соединяются внахле- стку. Под действием давления электродов, подводящих ток к месту сварки, образуются так называемые сварные точки, обеспечивающие необходимое соединение. Так как распространение высокой температуры ограничивается только этими точками, располагаемыми на определенном расстоянии друг от друга, то соединяемые детали почти не коробятся. Роликовая сварка осуществляется электродами, выполненными в виде ро- ликов. При этом получается сплошной сварной шов, обеспечивающий проч- ное и герметичное соединение тонкостенных деталей. Конденсаторная сварка является разновидностью контактной электро- сварки и применяется для приваривания деталей очень малой толщины к другим деталям. Здесь ток к месту сварки подается в виде короткого импуль- са за счет разряда конденсаторов. Это дозирует количество получаемого те- пла, что предохраняет тонкие детали от пережога и обеспечивает высокую стабильность сварных соединений. Электродуговой сваркой обычно соединяют детали сравнительно боль- шой толщины. При этом применяют электроды с соответствующей защитной обмазкой, что способствует устойчивому горению электрической дуги и пре- дохранению расплавленного металла в шве от окисления. При аргонодуговой сварке используют специальные горелки, защищающие место сварки от окисления инертным газом - аргоном. Этот вид электродуго- вой сварки применяют для соединения легкоокисляющихся металлов. Электроннолучевая сварка производится потоком электронов большой энергии. Этим способом соединяются обычно весьма тугоплавкие металлы, а также металлы, легко поддающиеся окислению. Так как эта сварка обычно производится в вакууме, то сварной шов получается очень чистым без всяких дополнительных примесей, вносимых электродами, обмазкой и т.п. При газовой сварке (в струе газового пламени) происходит оплавление кромок соединяемых деталей и вводимого в шов присадочного материала в виде проволоки. Этот способ сварки в приборостроении применяется срав- нительно редко ввиду возможности довольно сильного коробления соеди- няемых деталей. Кроме того, прочность сварных швов получается меньше, чем при электродуговой сварке. При сварке трением соединение образуется за счет тепла, выделяемого при трении соединяемых деталей. Обычно одна деталь вращается относи- тельно другой при одновременном приложении осевой нагрузки. Этим спо- собом могут быть сварены детали из самых различных материалов. Сварка давлением (холодная сварка) осуществляется без, применения на- грева, путем сильного сдавливания соединяемых деталей. При этом получа- ются значительные пластические деформации. Для обеспечения хороших прочных и плотных швов требуется предварительная тщательная очистка со- единяемых поверхностей. Соединения точечной холодной сваркой могут 15 обеспечить более прочные соединения, чем соединения, получаемые при точечной электросварке. Однако при этом получаются очень глубокие вмя- тины на поверхности соединяемых деталей, что во многих случаях серьезно ухудшает внешний вид соединения. При ультразвуковой сварке за счет возбуждаемых механических колеба- ний в зоне соединения создаются переменные напряжения сдвига, что ведет к свариванию. Этим способом легко свариваются такие материалы, которые другими способами сварить невозможно или затруднительно. Сравнительно легко свариваются металлы, имеющие самые разнообразные и даже изоля- ционные покрытия. Причем не требуется никакой предварительной очистки соединяемых поверхностей. В зависимости от выбранного способа сварки и требований, предъявляе- мых к соединению, применяются различные виды сварных соединений. Наибольшее распространение получили стыковые соединения и соединения внахлестку, также, при необходимости, применяют угловые и тавровые со- единения. В стыковых соединениях при соответствующей обработке кромок соеди- няемых деталей обеспечивается хорошая проварка и необходимая проч- ность соединени Я . Для уменьшения концентрации напряжений при нерав- номерном остывании шва площади деталей в зоне стыкового соединения должны быть примерно равными. Соединения внахлестку чаше всего применяются при сварке листовых ма- териалов. 2.3. Клеевые и заклепочные соединения. Виды, достоинства, недостат- ки, применение. В ряде случаев, когда невозможно осуществить другие соединения, при- меняют соединения склеиванием. Этот вид соединения позволяет соеди- нять самые различные материалы: металлы с металлами, металлы с неме- таллами, неметаллы с неметаллами. Клеи, применяемые в приборостроении, разделяют на три группы: 1) клеи, высыхающие в результате удаления растворителя; 2) клеи, высыхающие в результате охлаждения после расплавления; 3) клеи, затвердевающие в результате химических процессов. Клеи первой группы после высыхания могут быть снова растворены путем введения соответствующего растворителя в клеевой слой, однако это ведет к нарушению соединения. Такие клеи непригодны для получения надежных соединений, работающих в сложных условиях эксплуатации. Клеи второй группы перед нанесением на поверхность соединяемых дета- лей разжижаются путем нагревания. После охлаждения при комнатной тем- пературе они затвердевают, образуя твердый клеевой слой. Эти клеи также 16 обратимы, т.е. при нагревании соединения они снова становятся вязкими, но соединение деталей нарушается. Клеи третьей группы отличаются своей необратимостью. Соединения, вы- полненные с применением таких клеев, обладают большой прочностью и надежно работают в сложных эксплуатационных условиях. Соединения склеиванием применяются для деталей, работающих на срез или растяжение. При изгибе или одностороннем отрыве получается малая прочность соединений. Чтобы гарантировать необходимое относительное расположение деталей при склеивании, в конструкции следует предусматривать фиксирующие эле- менты - выступы, впадины и т.п. Чтобы обеспечить требуемую прочность со- единения, поверхности склеиваемых деталей необходимо соответствующим образом обработать для наилучшего сцепления с клеем. Соединения расклепыванием делятся на две группы. К первой группе принадлежат соединения, выполняемые при помощи дополнительных эле- ментов - заклепок. Ко второй группе относятся соединения, осуществляемые расклепыванием специальных выступов - цапф, имеющихся на одной детали и входящих в отверстия другой детали. И заклепки и цапфы могут быть как цельными, так и пустотелыми. Очень часто пустотелые заклепки называются пистонами. Заклепочные соединения. Чтобы получить соединение, заклепку вставля- ют в отверстия, выполненные в соединяемых деталях, и осаживанием стержня получают так называемую замыкающую головку. В зависимости от различных требований, предъявляемых к заклепочным соединениям, применяют заклепки, имеющие самые разнообразные формы закладных головок. При соединении заклепками листового материала при- меняются соединения с одной и двумя накладками. В приборостроении часто приходится соединять металлы с неметаллами - гетинаксом, стеклотекстолитом, керамикой, тканями и др. В этих случаях расклепывание цельных заклепок, даже из мягкого металла (алюминий, медь), может привести к разрушению неметаллической детали. Поэтому приходится применять пистоны. Однако заклепочные соединения из-за многих неудобств, связанных с ма- лыми размерами заклепок (сверление отверстий, расклепывание), по воз- можности, стараются заменить другими видами соединений - сваркой, пай- кой, склеиванием. Но в ряде случаев, особенно когда прибор подвергается вибрационным и ударным нагрузкам, заклепочное соединение является наиболее надежным. При соединении некоторых деталей (например, кожуха и резервуаров сложной формы) рабочему невозможно подобраться к свободному концу заклепки и сформовать замыкающую головку. Тогда применяют пустотелые 17 заклепки с подвижным стержнем. Вбивая этот стержень в заклепку, получа- ют замыкающую головку в виде развальцованной части свободного конца заклепки. Соединения с помощью цапф. Соединения с помощью цапф применяются в основном для удешевления производства. Очень часто они являются наи- более рациональным способом соединения пластин, располагающихся под прямым углом друг к другу, присоединения контактов к контактным пружи- нам, присоединения колонок и стоек к платам приборов. Цапфы могут быть цилиндрическими и призматическими. Цилиндрические цапфы в зависимо- сти от материала соединяемых деталей выполняются так же, как и заклепки, цельными и пустотелыми. Призматические цапфы под действием приложенного к ним крутящего момента не проворачиваются. Для защиты цилиндрических цапф от прово- рачивания разработан ряд способов. Например, отверстия под цапфы можно сделать не круглыми, а придать им форму шестигранника. Тогда при раскле- пывании цапфа будет деформироваться и приобретет форму отверстия. Применяют и другие, более сложные способы - стопорящие штифты, зубча- тые шайбы и т.п. Можно применить цилиндрические цапфы с одной или двумя лысками. В этом случае в другой детали необходимо делать соответ- ствующие отверстия. |