Прикладна механіка_ЛЕКЦІЇ. Навчальний посібник для підготовки бакалаврів напрямів 100102 Процеси, машини та обладнання агропромислового виробництва
 Скачать 6.79 Mb.
|
|
§ 25.3. Клейові і інші нероз'ємні з'єднання Клейовим називається нероз'ємне з'єднання, яке отримують методом склеювання деталей із однорідних або неоднорідних матеріалів (сталі, чавуну, алюмінію та його сплавів, міді, латуні, скла, мармуру, пластичних мас, синтетичних матеріалів, тканин, гумових виробів, шкіри і т. ін.). Склеювання деталей із металевих матеріалів, матеріалів органічного та неорганічного походження засновано на утворенні міцних зв'язків між молекулами клейової плівки і поверхнями деталей. Такий вид з'єднання перспективний і постійно вдосконалюється. 452 Основні переваги клейових з'єднань: – корозійна і бензомаслостійкість; – зменшення маси конструкції порівняно з іншими видами з'єднань; – невисока концентрація напружень у місці з'єднання; – можливість з'єднання практично будь – яких конструкційних матеріалів, однорідних і неоднорідних; – можливість з'єднання деталей практично будь – якої форми поверхонь склеювання; – герметичність і достатня надійність з'єднання; – висока втомна міцність, яка перевершує в ряді випадків міцність паяних і зварних з'єднань; – відсутність короблення з'єднуваних деталей; – значно менша, ніж при зварюванні і клепанні, собівартість; – міцність і щільність з'єднання. Основні недоліки клейових з'єднань: – «старіння», тобто зниження міцності з'єднання з часом; – низька теплостійкість – міцність з'єднання порушується при порівняно невисоких температурах 60...100 °С. (деякі марки клеїв на основі елементоорганічних і неорганічних полімерів задовільно працюють при C 1000 t , але не мають достатньої еластичності); – невисокий опір проти розтягу і зсуву, особливо в разі нерівномірного відриву; – необхідність старанного зачищення і припасування поверхонь. Незважаючи на перелічені недоліки, застосування клейових з'єднань у народному господарстві розширюється. Це виробництво електро- і радіообладнання, оптична, мебльова і деревообробна промисловість, авіація, виготовлення різального і вимірювального інструменту, будівництво, кріплення арматури, виготовлення оснастки і т. ін. 453 Міцність клейового з'єднання залежить від площі склеювання. Найбільш міцним є з'єднання, яке працює на зсув або рівномірний відрив, коли напруження по всій площі розподілені відносно рівномірно. У випадку нерівномірного відриву застосовують комбіновані з'єднання – клейозаклепочні і клейозварні. Розрахункові формули на зсув (зріз) і відрив (розтяг – стиск) для клейових з'єднань мають вигляд: зр к зр A P , (6.6) р к р A P , (6.7) де P – діюча сила, к A – площа склеювання. При цьому допустимі напруження визначаються із відомих залежностей: n B зр , n B р , де межа міцності при зсуві МПа 60 В , межа міцності при розтягу МПа 50 В , а допустимий коефіцієнт запасу міцності 5 , 1 ... 2 , 1 n Крім клейових, зварних і заклепочних існують також інші види нероз'ємних з'єднань. З'єднання пайкою, коли деталі з'єднуються за допомогою розплавленого припою. В якості припою застосовують метали і сплави, які можна розділити на легкоплавкі (з температурою плавлення до С 300 ) і тугоплавкі (з температурою плавлення вище С 500 ). До легкоплавких припоїв належать сплави олова і свинцю, сплави олова, свинцю і кадмію. До тугоплавких – сплави срібла, міді і кадмію, сплави міді і нікелю, сплави 454 срібла, міді і олова. Для очищення поверхні деталей перед пайкою застосовують флюси (каніфоль, буру, кислотні і спиртові розчини ). Пайкою з'єднують вироби із сталі, чавуну, кольорових металів і сплавів, благородних металів. Таким способом можливо з'єднати також різнорідні матеріали: метал із склом, гумою, але для цього поверхню неметалевої деталі необхідно металізувати гальванічним способом. Паяні з'єднання широко застосовуються в приладобудуванні і електронній промисловості. З'єднання пресуванням (з натягом) отримують для деталей циліндричної форми при застосуванні пресових посадок.(з'єднання зубчастого колеса із валом, втулки із валом). При пресовій посадці вал виготовляють більшого діаметру, ніж діаметр отвору відповідної деталі. Тому їх з'єднання можливо за допомогою преса, який створює необхідну силу тиску. Отвір деталі перед посадкою можна також розігріти (гаряча посадка). При цьому на поверхні контакту деталей після посадки утворюються зусилля тиску, які і утримують деталі виробу разом. Такі посадки ще називають посадками з натягом. Такий спосіб з'єднання застосовують в машинобудуванні для збірки деталей, на які діють значні вібраційні і ударні навантаження. Слід відмітити, що з'єднання з натягом умовно відносять до нероз'ємних. При достатній міцності і твердості поверхні деталей вони можуть бути розібрані (розпресовані) і знову зібрані. З'єднання формуванням отримують заливкою металічних частин виробу рідкою пластмасою, гумою або іншою масою, яка після затвердіння утворює нероз'ємне з'єднання. Такий спосіб з'єднання широко застосовують як у промисловості, так і при виготовленні товарів народного споживання. 455 Запитання для самоконтролю 1. Які з’єднання називають нероз’ємними? 2. Які переваги і недоліки заклепочних з’єднань? 3. Напишіть основні формули розрахунку заклепочних з’єднань. 4. Навести основні методи зварювання. 5. Які переваги і недоліки зварних з’єднань? 6. Напишіть основні формули розрахунку зварних з’єднань. 7. Які переваги і недоліки клейових з’єднань? 8. Яким чином здійснюється з’єднання пайкою? 9. Як здійснюється з’єднання пресуванням і формуванням? 456 ЛЕКЦІЯ 25 РОЗ’ЄМНІ З’ЄДНАННЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН З’єднання деталей машин і інших технічних виробів, які розбираються і знову можуть бути зібрані без пошкодження їх складових частин називаються роз’ємними. До роз’ємних належать різьбові, шпонкові, шліцьові і штифтові з’єднання. Розглянемо докладніше основні їх типи. § 26.1. Різьбові з'єднання Різьбові з'єднання, здійснюються різьбовими кріпильними деталями (болтами, гвинтами, шпильками) або безпосереднім згвинчуванням деталей з різьбою. Завдяки зручності складання і розбирання та високій надійності різьбові з'єднання набули великого поширення. Основою різьбового з'єднання є різьба, яку отримують шляхом вирізання на поверхні деталей канавок по гвинтовій лінії. Розглянемо, як утворюється гвинтова лінія. Якщо прямий коловий циліндр огинати прямокутним трикутником (рис. 6.6) так, щоб точки одного з катетів АС збігалися з відповідними точками кола 2 d основи циліндра, то гіпотенуза АВ опише на бічній поверхні циліндра гвинтову лінію. Кут, утворений гіпотенузою АВ, яка є розгорткою гвинтової лінії, і катетом АС (розгортка кола основи циліндра) називається кутом підйому гвинтової лінії . Відстань АВ між двома сусідніми точками гвинтової лінії, які лежать на одній із твірних циліндра, називається кроком p гвинтової лінії. 457 Рис. 6.6 Якщо геометричну фігуру (трикутник, прямокутник, трапецію, сегмент), що лежить в одній площині з віссю циліндра, обертати навколо його осі так, щоб будь – яка з точок основи фігури ковзала по гвинтовій лінії, то контурні лінії заданої фігури опишуть гвинтову поверхню. Таким чином, різьбою називається поверхня, утворена при гвинтовому русі плоского контуру (трикутника, трапеції і т. д.) по циліндричній або конічній поверхні. Різьба, утворена на циліндричній поверхні, називається циліндричною, а на конічній – конічною. Циліндр або конус, бічна поверхня якого переходить у гвинтову поверхню, називається гвинтом – циліндричним або конічнимОдин оберт різьби (гвинтової лінії) на бічній поверхні циліндра (конуса) називається витком. Розглянемо основні геометричні параметри різьби. Контур перерізу різьби в площині, яка проходить через її вісь (вісь гвинта), називається профілем різьби. Очевидно, профілем різьби є та фігура, при гвинтовому русі якої утворюється різьба. 458 Рис. 6.7 На рис. 6.7 показано п'ять основних профілів різьби: а – трикутна, б – упорна, в – трапецеїдальна, г – прямокутна, д – кругла. Із них найбільшого поширення набули в машинобудуванні трикутна (кріпильна різьба) і трапецеїдальна (ходова, яка призначена для передавання сили і руху в гвинтах пресів, домкратів, верстатів тощо). Відстань між сусідніми однойменними бічними сторонами профілю в напрямку, паралельному осі різьби, називається кроком різьби p . Якщо на видимій частині циліндра (конуса) гвинтова поверхня піднімається зліва направо, то різьбу називають правою (рис. 6.8, а, в),а якщо справа наліво, то лівою (рис. 6.8, б). Різьбу нарізують або накатують на циліндричному (конічному) стержні різьбонарізним інструментом (різець, плашка, фреза, гребінка, ролики). Якщо обід основи циліндра (обід торця заготовки для гвинта) поділити на кілька однакових частин (дві, три, чотири і т. ін.) і потім з розмічених точок нарізати різьбу, то на тілі гвинта (болта) утвориться дво – (рис. 6.8, б), три – (рис. 6.8, в) і чотирьохзахідна різьба. 459 Рис. 6.8 Багатозахідна різьба характеризується кроком p і ходом h p Відстань між найближчими однойменними бічними сторонами профілю, що належать тій самій гвинтовій поверхні в напрямі осі різьби, називається ходом різьби h p (рис. 6.8, б, в). Для однозахідної різьби поняття кроку і ходу збігаються (рис. 6.8, а). Для багатозахідних різьб хід дорівнює добуткові кількості заходів п на крок різьби: p n p h (6.8) Різьбу також характеризують діаметри: зовнішній d , внутрішній 1 d і середній 2 d : 2 d d d 1 2 (6.9) Під кутом підйому різьби розуміють кут підйому гвинтової лінії на циліндрі з діаметром, який дорівнює середньому діаметру 2 d Кут підйому багатозахідної різьби дорівнює 2 h d p tg (6.10) 460 Розглянемо класифікацію різьб за призначенням. Залежно від призначення різьби можна поділити на три групи: кріпильна, яка забезпечує міцність з'єднання; кріпильно – ущільнювальна, яка забезпечує міцність і герметичність з'єднання (арматура трубопроводів; з'єднування трубопроводів для рідин, пари і газів), цю різьбу часто роблять конічною; спеціальна, яку застосовують для передавання руху з зовнішнім навантаженням (гвинти вантажопідйомних, натискних пристроїв тощо). Кріпильна і кріпильно – ущільнювальна різьби, як правило, мають трикутний профіль, який забезпечує високу міцність різьби і найсприятливіші умови для самовідгвинчування. Різьби трикутного профілю поділяють на два основних типи. 1. Метрична з великим і малим кроком, яка стандартизована для мм 600 ... 25 , 0 d , мм 6 ... 075 , 0 p , має кут профілю 60 і є основною кріпильною різьбою. Циліндричну метричну різьбу з великим кроком позначають буквою М і числом, що відповідає її зовнішньому (номінальному) діаметру, наприклад, 22 М для мм 22 d . У позначенні різьби з малим кроком значення кроку вказують співмножником, наприклад 2 24 М для мм 24 d і мм 2 p . Конічну метричну різьбу позначають буквами МК і співмножниками d і p , наприклад 5 , 1 20 МК для мм 20 d і мм 5 , 1 p 2. Трубна циліндрична різьба для 6 ... 8 / 1 d при 11 ... 28 витках на 1 (один дюйм) з кутом профілю 55 . Її позначення: Труб 2 для 2 d . За номінальний діаметр трубної різьби d беруть внутрішній діаметр труби (прохід у просвіті) в дюймах ( мм 4 , 25 1 ). Як спеціальні різьби застосовують: трапецеїдальну для 461 мм 640 ... 10 d , мм 48 ... 2 p , 30 ; упорну для мм 600 ... 10 d , мм 48 ... 2 p ; нестандартну прямокутну. У деяких окремих випадках при важких умовах експлуатації (вагонні стяжки) або при частому згвинчуванні в забрудненому середовищі (пожежна і гідравлічна арматура), а також для накатки в тонкостінних виробах (цоколі і патрони електроламп) застосовують круглу різьбу із мм 200 ... 8 d , мм 35 , 6 ... 54 , 2 p Розглянемо конструктивні форми різьбових з'єднань. Залежно від призначення різьбового з'єднання в машинобудуванні застосовують різні типи кріпильних виробів: болти, гвинти, шпильки, гайки, шайби, параметри і якісні характеристики яких стандартизовано. Болтом (рис. 6.9, а) називають циліндричний стержень з різьбою і головкою (шестигранною, рідше чотиригранною, півкруглою). Стержень болта з головкою може бути зроблений із шестигранного прутка або іншого профілю, що відповідає профілеві головки болта. Болти застосовують у з'єднаннях, в яких з'єднувані деталі мають відносно невелику товщину. Рис. 6.9 462 Рис. 6.10 Гвинт (рис. 6.9, б) – це болт, гайкою якого є одна із скріплюваних деталей. Залежно від розмірів та призначення гвинти (болти) мають різні головки: шестигранні, циліндричні з шліцом під викрутку, потайні, циліндричні напівкруглі, чотиригранні, циліндричні з внутрішнім шестигранником під ключ (рис. 6.10). Шпилька (рис. 6.9, в) – це циліндричний стержень з гвинтовою нарізкою з обох кінців. Шпильки застосовують у тих випадках, коли болт не можна пропустити крізь занадто товсті деталі або коли необхідно часто виконувати операцію розбирання і збирання конструкції . Гайка – деталь з різьбовим отвором. Гайка є замикаючим елементом різьбового (болтового) з'єднання. Залежно від призначення гайки мають різну конструктивну форму. Найбільш поширеними є шестигранні гайки. Шайба (підкладна і стопорна) – це деталь невеликої товщини з круглим отвором для вільного проходу болта, гвинта, шпильки. Підкладну шайбу закладають між з'єднуваною деталлю і гайкою або між деталлю і головкою болта (гвинта) для вирівнювання і зменшення напруження зминання на опорній поверхні деталі і захисту поверхні від пошкодження. Стопорні шайби застосовують, щоб захистити гайки від самовідгвинчування. 463 Існують також спеціальні болти (гвинти): фундаментні болти для з'єднання машин з фундаментом, розпірні болти для збереження сталої відстані між з'єднуваними деталями, анкерні болти для укріплення станин машин, які працюють з динамічними (ударними) навантаженнями, до фундаменту, відкидні болти для закріплення і вивільнення деталей у з'єднаннях, які часто розбирають, установочні гвинти для закріплення на валу установочних кілець, невеликих шківів, покажчиків, щоб запобігти зміщенню їх уздовж осі вала при невеликих осьових силах. § 26.2. Розрахунок різьбових з'єднань Переважна більшість болтів, гвинтів і шпильок працює зі значною попередньою затяжкою. В результаті затягнення болта (гвинта, шпильки) в його поперечному перерізі виникають поздовжня сила і крутний момент. Таким чином, стержень гвинта зазнає розтягу і кручення, а різьба гвинта піддається зрізу, згинанню і зминанню. При стандартизації різьбових виробів висота головки болтів і гайок встановлюється, виходячи із умови рівноміцності їх із стержнем болта (гвинта, шпильки) по різьбі. Тому для стандартних кріпильних виробів, які працюють при статичних навантаженнях, можна обмежитись розрахунком за основним критерієм працездатності – міцності стержня болта при одночасній дії розтягу і кручення. Небезпечним перерізом болта (гвинта, шпильки), що працює на розтяг або розтяг і кручення, приймають переріз в його нарізаній частині з розрахунковим діаметром p 94 , 0 d d р , (6.11) де d – зовнішній діаметр, p – крок різьби. 464 Розглянемо характерні приклади розрахунків болтового з'єднання. 1. Розрахунок незатягнутого болтового з'єднання під дією зовнішнього осьового навантаження Незатягнуті (ненапружені) болти, які навантажені осьовою силою, трапляються дуже рідко, наприклад хвостовик вантажного гака (рис. 6.11). Рис. 6.11 Незатягнуті болти розраховують тільки на розтяг за умовою міцності: р 2 р p р d P 4 A P , (6.12) де P — осьове навантаження, еквівалентне поздовжній силі, 4 d A 2 p — розрахункова площа поперечного перерізу болта, р — допустиме напруження на розтяг. Для болтів із вуглецевої сталі Т р 6 , 0 465 Із попередньої формули визначаємо розрахунковий діаметр різьби: p p P 4 d (6.13) Знайшовши p d , інші розміри різьби визначають за стандартами. 2. Розрахунок затягнутого болтового з'єднання без зовнішнього навантаження Прикладом такого з'єднання є кріплення люків, кришок, до герметичності яких нема особливих вимог (рис. 6.12). Рис. 6.12 В результаті затяжки з'єднання болт отримає деформацію розтягу і кручення. В цьому випадку розрахунки проводять тільки на розтяг, а вплив кручення при затягненні болта враховують коефіцієнтом зат k , значення якого залежить від співвідношення параметрів різьби і умов навантаження. Для розрахунків метричної різьби можна прийняти 3 , 1 k зат Тоді із умови міцності на розтяг: 466 p p 0 p P 2 , 5 P 4 d , (6.14) де P 3 , 1 P k P зат 0 — розрахункове осьове навантаження. 3. Розрахунок затягнутого болтового з'єднання під дією зовнішнього осьового навантаження Розглянутий приклад характерний для герметичного кріплення кришок резервуарів під тиском рідини або газу (рис. 6.13). Рис. 6.13 В даному випадку із урахуванням впливу кручення при затяжці для забезпечення нерозкриття стику і в залежності від пружних властивостей матеріалу розрахункове осьове навантаження 0 P приймають в межах P ) 8 , 1 ... 4 , 1 ( P 0 Прийнявши P 8 , 1 P 0 , отримаємо наступну формулу для визначення розрахункового діаметра різьби: p p P 2 , 7 d (6.15) 467 3. Розрахунок болтового з'єднання, під дією зовнішньої поперечної сили У випадку, якщо болт поставлений в отвір із зазором (рис. 6.14, а), його необхідно затягнути з такою силою r F , щоб сила тертя f R між поверхнями стичних деталей забезпечила нормальну роботу з'єднання без відносного зміщення його частин від поперечної сили Q . Рис. 6.14 Зв'язок між силою тертя f R і силою затяжки r F при коефіцієнті тертя f і поперечній силі Q буде наступним: Q ) 3 , 1 ... 2 , 1 ( F f R r f , звідки f Q ) 3 , 1 ... 2 , 1 ( F r (6.16) Враховуючи, що при цьому також відбувається розтяг і кручення болта при його затяжці, розрахункова формула діаметру болта має вигляд: p p p f Q 4 , 1 f Q 2 , 1 3 , 1 4 d (6.17) 468 У випадку, якщо болт поставлений в отвір без зазору (рис. 6.14, б), його діаметр визначають із розрахунків на зріз: зр 2 0 зр зр i d Q 4 A Q (6.18) і перевіряють на умову міцності зминанню: зм min o зм зм d Q A Q , (6.19) де 0 d – діаметр стержня болта (ненарізаної частини), i 4 d А 2 0 зр – розрахункова площа зрізу, i — кількість площин зрізу болта (при з'єднанні більше ніж двох деталей), min 0 зм d A – розрахункова площа зминання стержня болта, min – найменша товщина з'єднуваних деталей При розрахунках різьбових з'єднань, які складаються із n болтів, треба врахувати, що розрахункова площа цих з'єднань збільшуються відповідно в n разів. |