Всего на сайте:
282 тыс. 988 статей

Главная | Механика

Допустимі напруження в деталях міцних сталевих заклепувальних з’єднань при статичному навантаженні  Просмотрен 1269

Елемент шва Вид деформації, напруга Спосіб виготовлення отворів Допустимі напруження, МПа   
            Ст2, 10кп Ст3, 20кп З’єднань із кольорових металів
  Заклепки     Зріз τзр Продавлювання    
    Свердління (0,25÷0,3)σтек
  Зминання σзм Продавлювання    
  Зминання σзм Свердління (0,6÷1)σтек
З’єднувані деталі Розтяг σр - (0,4÷0,5)σтек
Зріз τзр -     
Зминання σзм -     

Матеріали заклепок: сталі Ст0, Ст2, Ст3, 15, 20, 09Г2, 20ХМА, 20ГА та ін.; кольорові метали та їхні сплави (мосяж Л62, дюралюмін Д18П, В65); титанові сплави.

 

2. Клейові з’єднання: загальні відомості та особливості розрахунку

Клейове з’єднання - це нероз’ємне з’єднання елементів конструкцій за допомогою клею, який утворює між ними тонкий прошарок (клейовий шов).

Клейові з’єднання набули в наш час значного поширення у машинобудуванні, приладобудуванні та інших галузях промисловості. Завдяки розвитку хімії і відповідно створенню високоякісних синтетичних клеїв на базі фенольних, епоксидних та інших смол, а також фенолкаучукових та деяких інших композицій. Застосовують їх у тих же конструкціях, що й зварні з’єднання, але переважно тонкостінних, виконаних із листового матеріалу. Ці матеріали можуть бути однорідні і неоднорідні, металічні та неметалічні. Знайшли використання такі з’єднання і у відповідальних машинах та конструкціях (літаки, мости тощо).

Перед склеюванням з’єднувані поверхні піддаються механічній і хімічній підготовці. Механічна підготовка (обробка наждачним папером або струменем піску) сприяє збільшенню площі поверхні склеювання завдяки більшій шорсткості цієї поверхні. Хімічна підготовка полягає в обезжирюванні склеюваних поверхонь бензином, бензолом або ацетоном. Подальша технологія склеювання полягає у нанесенні клею на ці поверхні та складанні елементів з’єднання, при витримуванні потрібних температури та тиску.

В основі процесу склеювання лежить явище адгезії (поверхневого схоплювання) і внутрішнього міжмолекулярного зв’язку (когезії)у клейовому шарі. За рахунок сил адгезії відбувається передача зусиль з однієї деталі на іншу.

Види клейових з’єднань показані на рисунку 4.6.

Якщо з’єднуються труби (металеві і пластмасові), то на рисунку 4.7 показані варіанти таких з’єднань.

Умовні позначення клейових з’єднань нагадують паяні, але замість дуги наносять умовний знак, що нагадує літеру «К».

Рисунок 4.6. Види клейових з’єднань: а - стикове; б, в - напусткове;

г - вусове; д - стикове з накладкою; є - стикове з подвійною накладкою; ж - стикове зі скісними накладками; и - напусткове з надрізом; к - стикове із заглибленою подвійною накладкою; л - напівчіпове; м - замкове (пазове); н - силове за допомогою «губок» замка

 

Є ціла гама клеїв, які знайшли застосування на практиці: неорганічні, епоксидні, поліуретанові, фенолформальдегідні, синтетичні, поліакрилові. Так, неорганічні клеї призначені для склеювання металів, які працюють при температурі до 500°С, епоксидні - для склеювання металів і неметалів в інтервалі температур - 60°С, поліуретанові і фенолформальдегідні - для склеювання тих же матеріалів в інтервалі тих же температур, синтетичні і поліакрилові - для склеювання металів, деревини, скла, фарфору, гуми, шкіри тощо.

Найуживанішими є марки клеїв БФ-2, БФ-4 та 88Н.

Переваги клейових з’єднань: можливість з’єднання деталей з різнорідних матеріалів; з’єднання тонких листів; обмежена концентрація напружень і значний втомний опір; можливість забезпечення герметичності, зменшена маса; можливість одержання рівної поверхні виробу.

Недоліки клейових з’єднань: незначна міцність при нерівномірному відриві; обмежена теплостійкість (найкращі клеї зберігають достатню міцність при температурі до 250°С); залежність міцності з’єднання від поєднання матеріалів склеюваних деталей, температур склеювання і умов роботи з’єднання; вимога точної підгонки поверхонь склеюваних деталей.

Рисунок 4.7. Клейове з’єднання труб з металу та пластмаси: а - стикове; б - напусткове для різних діаметрів; в - стикове ступінчастим швом.

 

Міцність клейового з’єднання залежить від марки клею, матеріалів з’єднуваних деталей, якості підготовки склеюваних поверхонь деталей, режиму склеювання і товщини клейового шва. Товщину шва, яка залежить від в’язкості клею і тиску при склеюванні з’єднуваних деталей, рекомендується вибирати в межах 0,05...0,15 мм.

Розрахунок клейових з’єднань. Оскільки стикові клейові з’єднання мають незначну міцність, то ми не будемо зупинятися на їхніх розрахунках.

Зауважимо, що розрахунок на міцність клейових з’єднань аналогічний розрахунку паяних з’єднань.

Розраховуючи на міцність напусткового клейового з’єднання (рисунок 4.6, б), розмір напуску визначатиметься за умови рівномірності з’єднуваних деталей і клейового шва:

, (4.1)

де δ - товщина склеюваних деталей; p] - допустиме напруження на розтяг цих деталей; зp] - допустиме напруження на зріз клейового шва.

Як правило, розмір клейового шва визначають залежно від розмірів з’єднуваних деталей і розрахунок шва на міцність здійснюють як перевірочний. Відповідно розрахунок на міцність клейового шва напусткового з’єднання (рисунок 2.1, б) проводять за формулою

(4.2.)

де τзр - розрахункове напруження на зріз у клейовому шві; F - сила, яка діє на з’єднання; b - ширина з’єднуваних деталей. Допустиме напруження на зріз шва при з’єднанні сталевих деталей клеєм БФ-2 можна прийняти зp] = 15 ÷ 20 МПа, клеєм БФ-4 - зp] = 25 ÷ 30 МПа, клеєм 88Н - зp] = 1,3 МПа, а якщо з’єднують сталь зі склом, то відповідно до клеїв, наведених вище: для БФ-2 - зp] = 7 МПа, а для БФ-4 - зp] = 25 ÷ 30 МПа.

При з’єднанні клеєм БФ-4 алюмінієвих деталей зp] = 3 ÷ 3,2 МПа, а для сталі з текстолітом зp] = 8 ÷ 15 МПа, для карбонільного клею зp] 10 ÷ 25МПа.

На закінчення зауважимо таке: клейові з’єднання, що працюють на зріз, у порівнянні із з’єднаннями, які працюють на відрив, міцніші. Тому напусткові клейові з’єднання набули значного поширення. Клейові з’єднання, що працюють на відрив, рекомендується конструювати так, щоб відрив був рівномірним. При нерівномірному відриві для забезпечення надійності передбачають ще й механічне кріплення з’єднуваних деталей. При створенні більш стійких з’єднань використовують комбіновані з’єднання: клеє-зварні (з використанням точкового зварювання), клеє-заклепувальні і клеє-різьбові.

 

3. З’єднання паянням. Загальні відомості та особливості розрахунку

Паяння - процес з’єднання деталей розплавленим припоєм. На відміну від зварювання при паянні матеріал деталей не розплавляється, оскільки температура плавлення припою менша від температури плавлення матеріалу з’єднуваних деталей.

Паяні з’єднання є нероз’ємними, що забезпечується силами молекулярної взаємодії між з’єднуваними деталями і припоєм. Припій - це сплав або метал, який вводиться в розплавленому стані у проміжок між з’єднуваними деталями.

Зв’язок у паяному шві базується на: розчиненні металу деталей в розплавленому припої; взаємній дифузії елементів припою і металу з’єднуваних деталей; бездифузійному атомному зв’язку.

Нагрівають припій і деталі при паянні паяльником, газовим паяльником, у печах тощо. Якщо паяють у печах, то припій вкладають у вигляді стрічкових або дротових контурів (рисунок 4.8.) та паст.

Паяння за допомогою порошкоподібних припоїв часто використовують для ремонту спрацьованих і пошкоджених тріщинами деталей.

Паяні конструкції набули поширення у різних галузях машинобудування і часто витісняють зварні з’єднання. За допомогою паяння виготовляють не тільки окремі деталі, а й складні великогабаритні вузли.

       
 
а)
   
б)
 


Рисунок 4.8. Укладення припою між деталями: а - у вигляді стрічки; б -у вигляді дроту

Методами високотемпературного паяння (капілярного, дифузійного, контактно-реактивного, металокерамічного) одержують нероз’ємні з’єднання з властивостями, близькими до властивостей основних матеріалів, і міцністю, яка перевищує міцність зварних з’єднань. Тому з’єднанням деталей із високолегованих жароміцних та інших матеріалів паянням іноді надають перевагу.

Конструюючи паяне з’єднання, слід значну увагу приділяти вибору припою і способу паяння. Вибираючи основний метал, потрібно враховувати паяння його припоями, які забезпечують потрібну міцність, чутливість основного металу до нагріву та схильність його до утворення тріщин під дією розплавлених припоїв, що проникають між кристалами по межах зерен.

Так, паяння сталей сплавами міді застосовують обмежено, оскільки мідь є основним компонентом, який спричинює крихкість з’єднань. Тому у срібні та нікелеві припої для деталей, які працюють при підвищеній температурі, мідь не вводять. Для зменшення схильності до крихкого руйнування рекомендують наносити на деталі нікелеве покриття.

Якщо паяють різнорідні метали, то потрібно враховувати відмінність їх термічного розширення.

Як бар’єрне покриття наносять такий метал, що легко паяється і утворює міцні зв’язки з основним конструкційним матеріалом. Припої повинні добре змочувати покриття та другий метал (без покриття), не утворюючи з ними інтерметалідів. Для прикладу, якщо паяють сталь з титаном, то на останній наносять молібденове покриття, а потім здійснюють паяння мідними або срібними припоями.

Паяння в атмосфері газоподібних флюсів (фтористий водень, трифтористий бор та ін.) виконують у герметичних контейнерах, які нагрівають у печах.

А у вакуумних печах здійснюють паяння нержавіючих сталей, жароміцних і титанових сплавів, кераміки та тугоплавких металів.

Основні недоліки паяних з’єднань: порівняно порівняно невелика міцність і висока трудомісткість виготовлення з’єднань методами високотемпературного паяння.

Для припоїв найчастіше застосовують сплави на основі свинцю, олова, міді, срібла, механічні характеристики та області застосування яких подаються у таблиці 4.3.


Таблиця 4.3.

Предыдущая статья:Загальні відомості, класифікація та області застосування Следующая статья:Механічні характеристики та сфери застосування поширених припоїв
page speed (0.0165 sec, direct)