Виды соединений: разъёмные, неразъёмные

В процессе изготовления машин некоторые их детали соединяют между собой, при этом образуются неразъёмные или разъёмные соединения. [1]

Неразъёмными называют соединения, которые невозможно разобрать без нарушения или повреждения деталей. К ним относятся заклёпочные, сварные, клеевые соединения, соединения, полученные пайкой, а также условно посадки с натягом.

Разъёмными называют соединения, которые можно разбирать и вновь собирать без повреждения деталей. К разъёмным относятся резьбовые, шпоночные, шлицевые и другие соединения.

Сварные соединения образуются путём местного нагрева деталей в зоне сварки. Наибольшее распространение получили электрические виды, основными из которых являются дуговая и контактная сварка.

Различают следующие разновидности дуговой сварки:

• автоматическая сварка под флюсом (этот вид сварки высокопроизводителен и экономичен, даёт хорошее качество шва, применяется в крупносерийном и массовом производстве для конструкций с длинными швами);
• полуавтоматическая сварка под флюсом (применяется для конструкций с короткими прерывистыми швами);
• ручная сварка (применяется в тех случаях, когда другие виды дуговой сварки нерациональны, этот вид сварки малопроизводителен, качество шва зависит от квалификации сварщика).

Контактная сварка применяется в серийном и массовом производстве для нахлёсточных соединений тонкого листового металла (точечная, шовная контактные сварки) или для стыковых соединений круглого и полосового металла (стыковая контактная сварка).

Достоинства сварных соединений:

• невысокая стоимость соединения благодаря малой трудоёмкости сварки и простоте конструкции сварного шва;
• сравнительно небольшая масса конструкции (на 15-25% меньше массы клёпаной):
• из-за отсутствия отверстий под заклёпки требуется меньшая площадь свариваемых деталей;
• соединение деталей может выполняться без накладок;
• отсутствуют выступающие массивные головки заклёпок;
• герметичность и плотность соединения;
• возможность автоматизации процесса сварки;
• возможность сварки толстых профилей.

Недостатки сварных соединений:

• прочность сварного шва зависит от квалификации сварщика (устраняется применением автоматической сварки);
• коробление деталей из-за неравномерности нагрева в процессе сварки;
• недостаточная надёжность при значительных вибрационных и ударных нагрузках.

Соединения с натягом осуществляются подбором соответствующих посадок, в которых натяг создаётся необходимой разностью посадочных размеров насаживаемых одна на другую деталей. Взаимная неподвижность соединяемых деталей обеспечивается силами трения, возникающими на поверхности контакта деталей.

Соединения деталей с натягом условно относят к неразъёмным соединениям, хотя, особенно при закалённых поверхностях, они допускают разборку и новую сборку деталей. Для этого используют:

• механическое сопряжение;
• тепловые посадки;
• охлаждение охватываемой детали.

Достоинства соединений с натягом:

• простота конструкции и хорошее базирование соединяемых деталей;
• большая нагрузочная способность.

Недостатки соединений с натягом:

• сложность сборки и, особенно, разборки;
• рассеивание прочности соединения в связи с колебаниями действительных посадочных размеров в пределах допусков.

Резьбовые соединения являются наиболее распространёнными разъёмными соединениями. Их образуют болты, винты, шпильки, гайки и другие детали, снабжённые резьбой.

Резьбы классифицируют в зависимости от:

• формы поверхности, на которой образуется резьба:
• цилиндрические;
• конические;
• формы профиля резьбы:
• треугольные;
• упорные;
• трапецеидальные;
• прямоугольные;
• круглые;
• направления винтовой линии резьбы:
• правые (винтовая линия поднимается слева вверх направо);
• левые (имеют ограниченное применение);
• числа заходов резьбы (определяется с торца винта по числу сбегающих витков):
• однозаходные;
• многозаходные;
• назначения резьбы:
• крепёжные (применяют в резьбовых соединениях; имеют треугольный профиль, который характеризуется большим трением, предохраняющим резьбу от самоотвинчивания, а также высокой прочностью и технологичностью);
• крепёжно-уплотняющие (применяют в соединениях, требующих герметичности; выполняют треугольного профиля, но без радиальных зазоров; как правило, все крепёжные резьбовые детали имеют однозаходную резьбу);
• для передачи движения (применяют в винтовых механизмах; имеют трапецеидальный (реже – прямоугольный) профиль, который характеризуется меньшим трением).

Достоинства резьбовых соединений:

• высокая нагрузочная способность и надёжность;
• наличие большой номенклатуры резьбовых деталей для различных условий работы;
• удобство сборки и разборки;
• малая стоимость, обусловленная стандартизацией и высокопроизводительными процессами изготовления.

Недостатки резьбовых соединений:

• наличие большого количества концентраторов напряжений, которые снижают сопротивление усталости при переменных напряжениях.

Шпоночные соединения состоят из вала, шпонки и ступицы охватывающей детали.

Шпонка представляет собой брус, вставляемый в пазы вала и ступицы, для передачи вращающего момента между валом и охватывающей деталью.

Шпоночные соединения подразделяют на:

• ненапряжённые (при сборке соединений в деталях не возникает предварительных напряжений):
• с призматическими шпонками (рабочие грани – боковые, не удерживают детали от осевого смещения вдоль вала) по форме торцов различают:
• со скруглёнными торцами (рисунок 1, исполнение 1);
• с плоскими торцами (рисунок 1, исполнение 2);
• с одним плоским, а другим скруглённым торцом (рисунок 1, исполнение 3);
• с сегментными шпонками (рабочие грани – боковые, применяют при передаче небольших вращающих моментов, просты в изготовлении, удобны при монтаже и демонтаже – шпонки свободно вставляют в паз и вынимают) (рисунок 2);
• напряжённые (при сборке соединений в деталях возникают предварительные (монтажные) напряжения):
• с клиновыми шпонками (имеют форму односкосных самотормозящих клиньев с уклоном 1:100, не требуют стопорения ступицы от продольного перемещения вдоль вала, хорошо воспринимают ударные и знакопеременные нагрузки) (рисунок 3);
• с тангенциальными шпонками (состоят из двух форму односкосных клиньев с уклоном 1:100 каждый, работают узкими гранями, вводятся в пазы ударом, применяются для передачи больших вращающих моментов с переменным режимом работы, в соединении ставят две пары тангенциальных шпонок под углом 120°) (рисунок 4).

Рисунок 1 – Соединения призматическими шпонками

Рисунок 2 – Соединение сегментной шпонкой: 1 – винт установочный; 2 – кольцо замковое пружинное

Рисунок 3 – Соединение клиновой шпонкой

Рисунок 4 – Соединение тангенциальными шпонками

Достоинства шпоночных соединений:

• простота конструкции;
• сравнительная лёгкость монтажа и демонтажа.

Недостатки шпоночных соединений:

• шпоночный паз ослабляет вал и ступицу охватывающей детали не только уменьшением сечения, но, главное, значительной концентрацией напряжений изгиба и кручения;
• трудоёмкость изготовления.

Шлицевые соединения образуются выступами – зубьями на валу и соответствующими впадинами – шлицами в ступице охватывающей детали. Рабочими являются боковые стороны зубьев. Упрощенно шлицевые соединения можно рассматривать как многошпоночные.

Шлицевые соединения различают:

• по характеру соединения:
• неподвижные (для закрепления охватывающей детали на валу);
• подвижные (допускают перемещение детали вдоль вала);
• по способу центрирования ступицы относительно вала:
• по наружному диаметру (наиболее технологично);
• по внутреннему диаметру (при высокой твёрдости материала ступицы);
• по боковым поверхностям зубьев (более равномерно распределение нагрузки по зубьям);
• по форме зубьев:
• прямобочные (имеют постоянную толщину зубьев) (рисунок 5);
• эвольвентные (имеют повышенную прочность, используются для передачи больших вращающих моментов) (рисунок 6);
• треугольные (применяют только в неподвижных соединениях для тонкостенных ступиц, пустотелых валов, при передаче небольших крутящих моментов) (рисунок 7).

Рисунок 5 – Прямобочное шлицевое соединение

Рисунок 6 – Эвольвентное шлицевое соединение

Рисунок 7 – Треугольное шлицевое соединение

Достоинства шлицевых соединений (по сравнению со шпоночными соединениями):

• обеспечивают лучшее базирование соединяемых деталей и более точное направление при осевом перемещении;
• уменьшается число деталей соединения (шлицевое соединение образуют две детали, шпоночное – три-четыре);
• при одинаковых габаритах допускают передачу больших вращающих моментов за счёт большей поверхности контакта;
• обеспечивается высокая надёжность при динамических и реверсивных нагрузках;
• вал зубьями ослабляется незначительно;
• уменьшается длина ступицы.

Недостатки шлицевых соединений (по сравнению со шпоночными соединениями):

• более сложная технология изготовления;
• более высокая стоимость.