Соединение контактной сваркоЙ.

4.1 Точечная сварка (рис.)

Соединение образуется не по всей поверхности стыка, а лишь в отдельных точках, к которым подводят электроды сварочной машины. Применяется преимущественно для соединения деталей из тонкого листового материала при отношении толщин ≤ 3. Диаметр сварной точки выбирают в зависимости от толщины меньшей из свариваемых деталей:

d = 1,2δ + 4 мм при δ ≤ 3 мм;

d = 1,5δ + 5 мм при δ > 3 мм.

Минимальный шаг t ограничивается явлением шунтирования тока ранее сваренной точкой. Расстояние от кромок t ₁ и t ₂ нормируют с учетом технологических и силовых факторов.

Обычно принимают t = 3 d; t ₁ = 2 d; t ₂ = 1,5 d.

Соединения точечной сваркой работают преимущественно на срез. При расчете полагают, что нагрузка распределяется равномерно по всем точкам. Неточность расчета компенсируют уменьшением допускаемых напряжений (см. табл.1): τ = 4 F /( z iπd ²) ≤ [τ′],

где z - число сварных точек; i - число плоскостей среза.

Для конструкции по рис., a z =4, i = 1; по рис., б z = 4, i = 2.

При нагружении точечных сварных соединений моментом в плоскости стыка деталей расчетную точку и ее нагрузку определяют так же, как и для заклепочных соединений или соединений с болтами, поставленными без зазора. Точечному соединению свойственна высокая концентрация напряжений (см. табл.1). Поэтому оно сравнительно плохо работает при переменных нагрузках. Концентрация напряжений образуется не только в сварных точках, но и в самих деталях в зоне шва. Точечные сварные соединения чаще применяют не как рабочие, воспринимающие основную нагрузку, а как связующие (например, крепление обшивки к каркасу).

4.2 Шовная сварка (рис.). При этой сварке узкий непрерывный или прерывистый шов расположен вдоль стыка деталей. Эту сварку выполняют с помощью электродов, имеющих форму дисков, которые катятся в направлении сварки.

Напряжения среза τ = F /(bl ) ≤ [τ′].

Концентрация напряжений в швах меньше, чем при точечной сварке (см. табл.), соединение герметичное.

Допускаемые напряжения

Прочность сварного соединения зависит от следующих основных факторов:

1. качества основного материала, определяемого его способностью к свариванию,

2. конструкции соединения;

3. способа сварки;

4. характера действующих нагрузок (постоянные или переменные).

Значительно снижают прочность такие пороки сварки, как непровары и подрезы (рис.), шлаковые и газовые включения, скопление металла в месте пересечения швов и т. п.

Эти дефекты являются основными причинами образования трещин как в процессе сварки, так и при эксплуатации изделий.

Влияние технологических дефектов сварки значительно усиливается при действии переменных и ударных нагрузок. Эффективными мерами повышения прочности сварных соединений являются: автоматическая сварка под флюсом и сварка в защитном газе; термообработка сваренной конструкции (отжиг); наклеп дробью и чеканка швов. Эти меры позволяют повысить прочность составных сваренных деталей при переменных нагрузках в 1,5...2 раза и даже доводить ее до прочности целых деталей.

Многообразие факторов, влияющих на прочность сварных соединений, а также приближенность и условность расчетных формул вызывают необходимость экспериментального определения допускаемых напряжений. Принятые нормы допускаемых напряжений для сварных соединений деталей при статических нагрузках см. в табл.1.

Таблица 1

Вид технологического процесса сварки	Допускаемые напряжения в швах при
растяжении [σ′]р	сжатии [σ′]сж	срезе [τ′]
Автоматическая под флюсом, ручная электродами Э42А и Э50А, контактная стыковая	[σ] p	[σ] p	0,65[σ] p
Ручная дуговая электродами Э42 и Э50, газовая сварка	0,9[σ] p	[σ] p	0,6[σ] p
Контактная точечная и шовная	-	-	0,5[σ] p

При переменных нагрузках рекомендуют рассчитывать прочность не только сварного шва, но и самих деталей в зоне этого шва. Допускаемое напряжение для деталей в зоне шва также умножают на коэффициент γ. Для углеродистых сталей γ вычисляют по формуле γ = 1 / [(0,6 K _эф ±0,2) - (0,6 K _эф ±0,2) R ] ≤ 1,

R - коэффициент асимметрии цикла напряжений;

К _эф - эффективный коэффициент концентрации напряжений (см. табл.2);

верхние знаки - при растягивающем наибольшем по абсолютному значению напряжении и при касательных напряжениях, а нижние - при сжимающем.

Таблица 2

Расчетный элемент	K эф при электродуговой cварке	Расчетный элемент	K эф при электродуговой сварке
низкоуглеродистая сталь Ст3	низколегированная сталь 15XCHД	низкоуглеродистая сталь Ст3	низколегированная сталь 15XCHД
Деталь в месте перехода к стыковому шву	1,5	1,9	Стыковые швы с полным проваром корня	1,2	1,4
То же, к лобовому шву	2,7	3,3	Угловые лобовые швы	2,0	2,0
- »- к фланговому шву	3,5	4,5	Угловые фланговые швы	3,5	4,5

 

СОЕДИНЕНИЕ С НАТЯГОМ (СН)

Общие сведения

СН – непосредственное (без применения болтов, шпонок и т. д.) соединение двух деталей за счёт натяга посадки (рис.).

Натягом N называют положительную разность диаметров вала и отверстия: N = B - A.

После сборки вследствие упругих и пластических деформаций диаметр d посадочных поверхностей становится общим. При этом на поверхности посадки возникают удельное давление р и соответствующие ему силы трения. Силы трения обеспечивают неподвижность соединения и позволяют воспринимать как крутящие, так и осевые нагрузки. Защемление вала во втулке позволяет, кроме того, нагружать соединение изгибающим моментом.

СН относится к группе неразъемных и предварительно напряженных.

Разборка соединения затруднена, связана с применением специальных приспособлений и сопровождается повреждением посадочных поверхностей. Однако, в зависимости от натяга и технологии сборки, могут быть получены соединения, сохраняющие свою работоспособность при повторных сборках.

Сборку соединения выполняют одним из трех способов:

1. прессованием,

2. нагревом втулки,

3. охлаждением вала.

Преимущества СН:

1. Простота и технологичность. Это обеспечивает сравнительно низкую стоимость соединения и возможность его применения в массовом производстве.

2. Хорошее центрирование деталей и распределение нагрузки по всей посадочной поверхности позволяют использовать соединение в современных высокоскоростных машинах.

Недостатки СН:

1. Зависимость его нагрузочной способности от ряда факторов, трудно поддаётся учету, широкое рассеивание значений коэффициента трения и натяга, влияние рабочих температур на прочность соединения и т. д.

2. Наличие высоких сборочных напряжений в деталях и уменьшение их сопротивления усталости вследствие концентрации давлений у краев отверстия.

Влияние этих недостатков снижается по мере накопления результатов экспериментальных и теоретических исследований, позволяющих совершенствовать расчет, технологию и конструкцию соединения. Развитие технологической культуры и особенно точности производства деталей обеспечивает этому соединению все более широкое применение. С помощью натяга с валом соединяют зубчатые колеса, маховики, подшипники качения, роторы электродвигателей, диски турбин и т. п. Посадки с натягом используют при изготовлении составных коленчатых валов червячных колес и пр.

На практике часто применяют соединение натягом совместно со шпоночным (см.рис.). При этом соединение с натягом может быть основным или вспомогательным. В первом случае большая доля нагрузки воспринимается посадкой, а шпонка только гарантирует прочность соединения. Во втором случае посадку используют для частичной разгрузки шпонки и центрирования деталей.

Прочность сн

При расчете необходимо рассматривать:

1. условие прочности (неподвижности) соединения,

2. условие прочности соединяемых деталей.

Расчет прочности деталей является проверкой возможности применения намеченной посадки.

2.1 Расчет прочности соединения.

2. У словие прочности соединяемых деталей.

2.1 По теории расчета толстостенных цилиндров, изучаемой в курсе "Сопротивление материалов", деформация деталей:

δ=10³ pd ( C ₁/ E ₁+ C ₂/ E ₂), (мкм)

С ₁ и С ₂ – коэффициенты жесткости:

C ₁=[ 1 +( d ₁/ d )²]/[ 1 -( d ₁/ d )²]- μ₁;

C ₂=[ 1 +( d / d ₂)²]/[ 1 -( d / d ₂)²]+ μ₂.

Е - модуль упругости, Н/мм²:

(для стали -2,1·10⁵, чугуна -0,9·10⁵, оловянной бронзы -0,8·10⁵, безоловянной бронзы и латуни - 10⁵);

μ - коэффициент Пуассона: (для стали -0,3, чугуна -0,25, бронзы, латуни -0,35).

 

2.2 Минимальный натяг, необходимый для передачи вращающего момента:

[ N ] _min = δ + u + δ _t. (мкм)

Максимальный натяг, допускаемый прочностью деталей:

[ N ] _max =[ δ ] _max + u. (мкм)

u - поправка на смятие микронеровностей в собранном соединении:

u = 1,2 ( R _z1+ R _z2) ≈ 5,5 ( R _{a 1}+ R _{a 2}),

R _{z 1}, R _{a 1}, R _{z 2}, R _{a 2} -высота микронеровностей и среднее арифметическое отклонение профиля посадочной поверхности вала и втулки соответственно.

δ _t - поправка на температурную деформацию (мкм), учитывающая температурные деформации центра и венца червячного колеса, ослабляющие натяг:

δ _t = 10³ d [(t ₂- 20°) α₂ -(t₁ - 20°) α₁ ].

t ₂, t ₁ °С; α₂, α₁ 1/°С - рабочая температура и коэффициент линейного расширения материала втулки и вала (α =12·10^-6 - для стали; α =10·10^-6 - для чугуна; α =19·10^-6 - для бронзы и латуни). Поправка δ _t может не учитываться, если (t ₂ - 20) или (20 - t ₁) не превышают 10 °С.

[ δ ] _max = [ р ] _max δ/ p, (мкм) - максимальная деформация, допускаемая прочностью деталей

[ р ] _max (МПа) - максимальное давление, допускаемое прочностью охватывающей (или охватываемой) детали, меньшее из двух

[ p ] _max2 = 0,5 σ_т2[ 1 -(d / d ₂)²] или [ p ] _max1 = 0,5 σ_т1[ 1 -(d ₁/ d)²].

σ_т2, σ_т1 - предел текучести материала соответственно охватывающей и охватываемой детали, (МПа). Для сплошного вала (d ₁= 0) [ p ] _max1 = σ_т1

2.3 Выбор посадки. По значениям [ N ] _min и [ N ] _max выбирают из табл. одну из посадок, удовлетворяющих условиям: N _min ≥[ N ] _min и N _max ≤[ N ] _max

Приводимые в табл. значения минимального N _min и максимального N _max вероятностных натягов подсчитаны по формулам, учитывающим рассеивание размеров вала и отверстия и, как следствие, рассеивание натяга.

Интервалы диаметров d, мм	Значения натягов N min/ N max, мкм, для посадок
H7 p6	H7 r6	H8 s7	H7 s6	H7 s7	H7 t6	H8 u8	H7 u7	H8 x8	H8 z8	H8 za8
Св. 30 до 40
Св. 40 до 50
Св. 50 до 65
Св. 65 до 80

2.4 Для выбранной посадки определяют:

- силу запрессовки F _п=π d l p _max ƒ_п

- температуру нагрева охватывающей детали t = 20° + ( N _max+ Z _сб) / (10³ d α₂)

p _max =(N _max - u) p / δ, - давление от натяга N _max выбранной посадки;

ƒ_п - коэффициент сцепления (трения) при прессовании

(Сталь-сталь ƒ_п = 0,20; Сталь-чугун ƒ_п = 0,14; Сталь-бронза, латунь ƒ_п = 0,10; Чугун-бронза, латунь ƒ_п = 0,08)

Z _сб - зазор для удобства сборки принимают в зависимости от диаметра d вала:

d, мм	св. 30 до 80	св. 80 до 180	св. 180 до 400
Z сб, мкм

Температура нагрева должна быть такой, чтобы не происходило структурных изменений в материале. Для стали [ t ] = 230... 240 °С, для бронзы [ t ] = 150... 200 °С.