Упругие элементы (винтовые пружины, плоские пружины).

Валы и направляющие движения (валы и оси, направляющие для поступательного движения).

Механические преобразователи движения (зубчатые, фрикционные, гибкой связью, прерывистого движения, кулачковые, винтовые, плоские рычажные).

Соединения деталей и узлов (неразъемные, разъемные).

Упругие элементы (винтовые пружины, плоские пружины).

5. Базовые конструкции [стойки(тумбы, пульты), рамы, панели,

ТЭЗы].

Требования, предъявляемые к конструкции механических систем.

Промышленные и робототехнические устройства представляют собой комплекс различных блоков, узлов, механизмов и деталей, которые электрически или механически связаны друг с другом и призваны выполнять заданные функции в определенных условиях и режимах эксплуатации. От правильного выбора материала, из которого изготовлены детали, их размещения, закрепления объединения, соответствия механическим требованиям зависят важнейшие характеристики робототехнических устройств, такие как масса, габариты потребляемая мощность, долговечность, себестоимость и др.

Рассмотрим требования, предъявляемые к деталям механических и электромеханических узлов. К ним относятся:

Жесткость – способность конструкции и ее элементов сопротивляться изменению своих первоначальных размеров и форм. Недостаточная жесткость приводит к возникновению вибраций и снижению точности.

Точность обуславливается допустимыми ошибками наложения и перемещения ведомых звеньев, соответствием механическим требованиям при работе элементов автоматики и привода.

Устойчивость – способность конструкции и ее элементов сохранять определенную начальную форму равновесия.

Надежность – это свойство устройства и его деталей выполнять в течение требуемого времени заданные функции при определенных условиях эксплуатации. Одним из показателей надежности работы деталей является отказ, т.е. частичная или полная утрата работоспособности и соответствия основным техническим параметрам. Причинами отказов могут быть: ошибки конструирования, технологические ошибки, неправильная эксплуатация и некачественный ремонт; естественные причины(износ, старение, изменение физико-механических, электрических и магнитных свойств во время эксплуатации), случайные ошибки. При оценке надежности устройств определяющими являются показатели надежности: наработка на отказ, среднее время восстановления.

Технологичность конструкции обуславливается возможностью изготовления детали, сборки узлов прогрессивными методами конкретного производства с наименьшими затратами времени, труда и материалов.

К элементам автоматики предъявляются требования высокой чувствительности, малой инерционности при работе в динамическом режиме, малой погрешности и т.д.; к приводам широкого диапазона простоты регулирования скорости вращения, малой инерционности, небольшого момента трения, возможность работать в следящем режиме, возможность развивать большие движущие моменты, простоты конструкции и обслуживания. В зависимости от назначения, к приводам могут предъявляться и специальные требования, такие, как например, возможность работать при повышенных температурах, во взрывоопасной среде, способность длительное время выдерживать нагрузки (работать в режиме источника момента) и т.д.

Основной задачей науки о сопротивлении материалов является разработка методов расчета надежных и наиболее экономичных в отношении веса и размеров различных элементов сооружений и машин.

Элементы и узлы механизмов. Валы, оси и опоры

Вращающиеся детали механизмов устанавливаются на валах или осях, которые осуществляют центрирование этих деталей относительно оси сращения.

Валы предназначены для передачи крутящего момента. Оси в отличие от валов не передают крутящий момент и могут быть как вращающиеся, так и неподвижные.

Опорами называются устройства, поддерживающие вращающиеся детали в заданном положении. Опоры являются кинематическими парами. Части валов и осей, охватываемые опорами, называются цапфами, а детали опор, охватывающие цапфы, называются подшипниками. При действии осевых нагрузок цапфы называются пятами, а подшипники – подпятниками.

По характеру трения между рабочими элементами цапф и подшипников и по конструктивным признакам опоры делятся на следующие основные типы:

1) опоры с трением скольжения – цилиндрические, конические, шаровые, на центрах, на кернах или на шпилях;

2) опоры с трением качения – шариковые и роликовые подшипники;

3) опоры с жидкостным или воздушным трением;

4) опоры с магнитным подвесом, и т.д.

По конструкции опоры чрезвычайно разнообразны.

К опорам механизмов робототехнических тем предъявляются следующие основные требования:

а) высокая точность направления;

б) малый момент трения;

в) малая чувствительность к изменениям температуры;

г) высокая износостойкость;

д) возможность компенсации износа;

е) стойкость при работе в условиях тряски и вибрации;

ж) достаточная, по условиям работы, допустимая нагрузка;

з) невысокая стоимость изготовления и сборки.

Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют опоры с трением качения.

Валы и оси. Форма и материал валов и осей

Форма и размеры валов и осей определяются их назначением, расположением и способом крепления связанных с ним деталей, типом и размерами опор, условиями обработки и сборки, величиной и направлением действующих сил.

По конструкции и форме валы разделяются на:

- гладкие постоянного сечения;

- ступенчатые;

- шлицевые;

- валы-шестерни;

- валы-червяки;

- фланцевые;

- коленчатые;

- карданные;

- гибкие.

По форме сечения валы делятся на сплошные и полые. Оси могут иметь гладкую, ступенчатую и фланцевую форму.

Диаметры посадочных мест под зубчатые колеса, подшипники и другие детали на валах следует назначать из ряда нормальных размеров. Уступы на валах должны быть достаточных размеров для восприятия осевых сил. Если на валу устанавливаются несколько шпонок, то целесообразно делать их одинаковой ширины и располагать по одной прямой вдоль оси вала.

Для уменьшения концентрации напряжений следует избегать резких переходов от одного диаметра вала к другому (переходы делаются скругленными или коническими). Резьбы, выточки, уступы, шпоночные пазы и шлицы повышают усталостную прочность вала и должны учитываться при его расчете.

Цапфы валов, работающие в подшипниках скольжения, выполняются: цилиндрическими, коническими, шаровыми.

Материал валов и осей назначается с учетом условий их работы. Основным материалом для валов и осей являются сталь Ст5 (без термообработки) и стали 45, 50, 40Х, У8А, У10А (термически обработанные – улучшенные, закаленные с высоким отпуском или закаленные ТВЧ с низким отпуском). Валы, работающие при нагрузке с толчками, изготовляются из сталей 20 и 20Х, при этом цапфы валов цементируются и закаливаются.

Расчет валов и осей

Расчет валов на прочность заключается в определении напряжения σ в опасном сечении вала (проверочный расчет) или в определении диаметра вала d по выбранному допускаемому напряжению [σ] (проектный расчет).

Предварительный расчет валов, когда размеры вала по длине не определены и изгибающие моменты M_u не известны, ведется из условий прочности на кручение по заданному крутящему моменту:

где [τ]_k=20…30; M_k – передаваемый момент кручения.

Т.к. при этом расчете не учитывается изгиб вала, то обычно принимают пониженное допускаемое напряжение на кручение [τ]=20…30 МПа. Полярный момент сопротивления площади сечения W_p= 0,2 d³.

Расчет валов ни кручение и изгиб

Исходными данными для расчет валов являются: 1) расчетная схема; 2) расположение, размеры сопряженных с валом деталей (колес, опор, муфт и др.); 3) места приложения, величина, направление и характер действующих сил; 4) материал валика.

Расчетная схема вала составляется на основе анализа работы механизма по его кинематической компоновочной схеме.

Порядок расчета вала.

1. Определяют реакции опор. При определении реакции опор следует помнить, что окружная сила P действует на ведущее звено против вращения (как сила сопротивления), а на ведомое – в направлении вращения (как сила движущая). Радиальная сила направлена к центру колеса, а осевая – параллельно оси вала.

2. Строят эпюры изгибающих и крутящих моментов.

3. Учитывая, что вал испытывает деформацию кручения и изгиба, определяют наибольший приведенный момент по формуле:

.

4. Определяют напряжения σ_u в предполагаемом опасном сечении вала или диаметр вала по формулам: или , где - допускаемое напряжение на изгиб; W=0,1d³ – момент сопротивления изгибу площади сечения вала.

Оси отличаются от валов тем, что не испытывают деформации кручения и рассчитываются на изгиб по формулам или .

 

Допускаемые напряжения

Для валов и осей из углеродистых и легированных сталей при симметричном цикле изменения напряжения принимают [τ]_u≈0,1τ_b, для осей при пульсирующем цикле [τ]_u≈0,16τ_b, а при постоянных напряжениях - [τ]_u ≈ 0,3τ_b. Допускаемые касательные напряжения принимают соответственно: [τ]≈ 0,2τ_b; [τ]₀ ≈ 0,1τ_b и [τ]-₁ ≈ 0,06τ_b.

Расчет валов на жесткость

Выполняются для ограничения деформаций изгиба и кручения. Существуют эмпирические зависимости допускаемых прогибов f и углов наклона θ упругих линий валов. Для валов f ≤(0,0002…0,0003)L, где L – расстояние между опорами вала.

В месте установки зубчатого колеса f ≤(0,01…0,03)m, где m – модуль зацепления.

Угол взаимного наклона валов под зубчатыми колесами θ≤0,001 рад, в радиальном шарикоподшипнике θ≤0,01 рад. Углы закручивания φ длинных валиков ограничиваются величинами порядка φ≤5^’…10^’ на длине 1м. В отдельных случаях допускаются φ≤20^’ на 1м.

Прогибы и наклоны упругой линии, и углы закручивания валов определяются по формулам: , где J_k – момент инерции при кручении;

, где J – момент инерции сечения;

 

Опоры скольжения. Цилиндрические опоры

Опоры с цилиндрической рабочей поверхностью имеют большую площадь соприкосновения и надежно работают при значительных нагрузках и частотах их вращения в условиях тряски и вибрации. Они не обеспечивают высокую точность центрирования вала вследствие зазора между валом и подшипником и имеют момент трения больше, чем у шарикоподшипников. Подшипники с трением скольжения могут воспринимать только радиальную нагрузку (рис.1) или одновременно и радиальную и осевую (рис.2, 3, 4). Подшипник (рис.4) интересен тем, что можно при сборке регулировать положение валика в осевом направлении.

Для уменьшения трения, износа и нагрева рабочие поверхности цапфы и подшипника должны иметь шероховатость поверхности R_a=0,63…0,16 мкм и должны быть надежно смазаны.

Подшипники с трением скольжения рекомендуется смазывать жидким маслом. В механизмах, работающих при малых удельных давлениях и скоростях скольжения υ=3…4,5 м/с применяется вазелиновое масло T ГОСТ 1840-51, при υ<3 м/с – индустриальное 12 и 20, а при υ=4,5…6 м/с – индустриальное Л и керосин.

Посадки

Для сопряжения цапф с подшипниками посадки назначаются в системе отверстия. Обычно назначают поля допусков d-f 8 ^го и 9 ^го квалитетов точности.

Материалы

Материал подшипника скольжения в сочетании с материалом цапфы должен обладать малым коэффициентом трения, высоким сопротивлением и стиранию (износу) и хорошей прирабатываемостью.

Материалом для валиков обычно служат стали 45; 50 нормализованные и стали 40Х, У8А и У10А, закаленные до твердости HRC 50…55.

Для подшипников применяются следующие материалы: при больших удельных давлениях и средних скоростях скольжения – бронзы Бр0Ф10-1, Бр0С10-10; Бр0ЦС6-6-3; при значительных удельных давлениях и малых скоростях БрАЖ9-4, бериллиевая бронза Б2 и латунь ЛС59-1. Они допускают удельное давление [p]=12…15 МПа. При скоростях υ<0,5 м/с применяют [p]=4…8 МПа.

Для подшипников так же применяются неметаллические материалы: текстолит ПТК, волокит, капрон, форторопласт-4.

Расчет

Расчет подшипников скольжения при радиальной нагрузке R выполняется по приближенным формулам на ограничение удельного давления p, а так же на ограничение нагрева и износа, пропорционального показателю удельной работы трения p·υ:

p·υ [ p·υ ]

где d и l – диаметр и длина рабочих поверхностей опоры, n – частота вращения валика об/мин.

Многообразие факторов, влияющих на работу опор скольжения (удельное давление, скорость скольжения, температура, смазка и др.), затрудняет их точный расчет. Принимают допускаемое значение [ p·υ ]=7…15 МПа·м/с в зависимости от условий эксплуатации.

Расчет подшипников скольжения, воспринимающих осевую нагрузку Q при кольцевой поверхности трения, выполняется по формулам:

p·υ_ср [ p·υ ]

Подшипники качения. Подшипники качения состоят из наружного и внутреннего колец, шариков или роликов, сепаратора, распределяющего шарики (ролики) равномерно на дорожках качения.

По форме тел назначения подшипники делятся на шариковые и роликовые. – шарик; - короткий ролик; - длинный ролик; - конический ролик; - бочкообразный ролик; - игольчатый ролик.

Шарикоподшипники допускают меньше нагрузки, но более быстроходны и менее чувствительны к прогибам и перекосам оси вала, чем роликоподшипники.

Достоинствами подшипников качения по сравнению с подшипниками скольжения являются: 1) малые моменты трения при обычных скоростях; 2) малые пусковые моменты трения; 6) простота ухода и малый расход смазочных материалов; 7) высокая степень стандартизации, взаимозаменяемость и невысокая стоимость при массовом автоматизированном производстве; малые габариты по длине вала.

К недостаткам относятся: 1) снижение долговечности при высоких скоростях; 2) значительные габариты по диаметру; 3) недостаточная точность направления; 4) высокая стоимость при низком производстве.

Типы подшипников

По направлению воспринимаемых от вала сил подшипники качения делятся на три группы:

1) радиальные подшипники, способные воспринимать только радиальную нагрузку или радиальную и небольшую осевую (20% от неиспользованной радиальной);

2) радиально-упорные, предназначенные для восприятия радиальной и осевой нагрузки одновременно;

3) упорные, предназначенные для восприятия только осевой нагрузки постоянной и переменной по направлению.

Размеры, конструкция и материал подшипников стандартизованы. Внутренние диаметры d подшипников от 3 до 10 мм стандартизованы через 1мм, от 10 до 20 мм – через 2-3 мм, от 20 до 110 мм- через 5 мм и т.д.

По наружным диаметрам D подшипники делятся на серии: сверхлегкие, особо легкие, легкие, средние, тяжелые, по ширине b – на узкие, нормальные, широкие и особо широкие. Наиболее распространены подшипники легкой и средней серий нормальные.

В приборах применяются миниатюрные шарикоподшипники с наружным диаметром от 1,0 до 8 мм, воспринимающие значительные нагрузки (до 20Н при n=100 об/мин). Момент трения в них очень мал (до 0,001 Н·см и менее).

 

В малогабаритных механизмах применяются нестандартные насыпные шарикоподшипники. В этих подшипниках отсутствует сепаратор, цапфы имеют коническую или галтельную форму, а чашки – цилиндрическую, галтельную или сферическую, число шариков от 3 до 13, диаметр от 1 до 5 мм. Материал шариков – сталь марок ШХ6 ШХ9. Цапфы и чашки изготовляют из стали У8А и У10А и закаливают до твердости HRC 55-60.

Точность подшипников

Точность подшипников характеризуется: точностью размеров по наружному и внутреннему диаметру; точностью вращения – радиальным и боковым биением.

В СССР выпускаются подшипники пяти основных классов точности по ГОСТ 520-71: 0, 6, 5, 4, 2 (в порядке увеличения точности). Стоимость подшипников классов 6, 5, 4, 2 выше, чем класса 0 в 1,92, 10, 20, 100 раз соответственно. В приборостроении широко применяются подшипники классов 0, 6. Пример применения подшипников 6 ^го класса являются опоры магнитных дисков устройств ввода-вывода информации ЭВМ серии ЕС.

Крепление подшипников на валах и в корпусах

На валах: при помощи шайб (1), чайками (2) и пружинными кольцами (3).

В корпусах подшипников крепятся при помощи крышки и уступа, одной крышкой, двумя пружинными кольцами и т.д.

1. 2. 3. 4.

5.

Смазка подшипников качения

Смазка уменьшает трение, защищает рабочие поверхности от коррозии и загрязнения, снимает шум и способствует более равномерному нагреву подшипника и отводу тепла от него. Чем больше скорость, меньше нагрузка и ниже температура, тем меньше должна быть вязкость смазки и наоборот. Подшипники качения рекомендуется смазывать консистентными смазками, которые заменяются один раз в 6-8 месяцев. Применяются смазки: универсальная среднеплавкая синтетическая УСС-2 (солидол синтетический) ГОСТ 4366-64, универсальная тугоплавкая синтетическая УТС-1 (консталин синтетический), универсальная низкоплавкая УН (вазелин технический), смазка ГОИ ГОСТ 3276-63. Интервал рабочих температур от -50 до +60⁰ С. При окружных скоростях υ>3 м/с и при низких температурах используется жидкое масло – универсальное марок 12, 20 и 30 ГОСТ 1707-51.

Посадки подшипников на вал и в корпус

Посадки стандартных подшипников качения обеспечиваются выбором соответствующих отклонений размеров цапф фала и отверстий корпуса. Целесообразно выбирать несколько больший натяг для посадки кольца, вращающегося относительно направления нагрузки. Чем больше нагрузка и меньше скорость, тем больше рекомендуется натяг при посадке подшипников. При вращении вала относительно направления нагрузки для сопряжения внутреннего кольца подшипника с валом применяются посадки по системе отверстия: напряженная – Hп (при нормальных нагрузках), плотная Пп и скользящая – Сп (при легких нагрузках и высоких скоростях), тугая – Тп (при тяжелых нагрузках с толчками, средних и малых скоростях). При этом для сопряжения наружного кольца подшипника с корпусом применяются посадки по системе вала: скользящая – Сп (при нормальных и легких нагрузках) и плотная Пп (при нормальных и тяжелых нагрузках и высоких числах оборотов). Для подшипников классов точности А и С используются соответствующие посадки 1^го класса точности А₁, П₁, С₁.

 

Выбор подшипников качения

Тип подшипников качения выбирается с учетом: величины и направления нагрузки, характера нагрузки (постоянная, переменная, ударная), частоты вращения “n”, требуемого срока службы в часах h, конструктивных особенностей механизма, условий работы.

Для каждого типоразмера подшипника в таблицах ГОСТов приводится коэффициент работоспособности С, который определяется экспериментально в зависимости от приведенной нагрузки Q, числа часов работы h и частоты вращения “n” кольца подшипника.

Выбор радиальных и радиально-упорных шарикоподшипников ведется по диаметру валика d (мм) и расчетному коэффициенту работоспособности С. Последний определяется при R₁>R₂ и A₁>(S₁-S₂) для более нагруженного подшипника 1 по формуле

C₁=[R₁K_k+m(A₁-S₁+S₂)]K_б·Km(n·h)^0,3 (1)

где R₁ и R₂ – радиальные нагрузки на подшипники 1 и 2 валика, да Н; A₁ – осевая нагрузка на подшипник 1, да Н; S₁=1,3R₁· tg β и S₂=1,3R₂· tg β – осевые составляющие от радиальных нагрузок, да Н. При A₁<(S₁-S₂) в формуле (1) знаки перед А₁, S₁ и S₂ изменяются на обратные. Значения угла контакта β выбираются из таблиц ГОСТов в зависимости от типа подшипника. Для шарикоподшипников радиальных однорядных принимают коэффициент приведения осевой нагрузки к радиальной m=1,5. Для шарикоподшипников радиально-упорных, когда R/A>2, принимают: при β=12⁰ (тип 36000) m=1,5; при β=26⁰ (тип 46000) m=0,7; при β=36⁰ (тип 66000) m=0,5. Эти значения коэффициента m при R/A=2 увеличивают на 15%, при R/A=1 – на 25%. Для радиальных и радиально-упорных шарикоподшипников принимают m=1, когда R/A>5. Если вращается внутреннее кольцо подшипника, то коэффициент кольца k_k=1. Если вращается наружное кольцо, то k_k=1,35. Коэффициент динамичности нагрузки k_б=1 при нагрузке без толчков; k_б=1,1…1,2 при нагрузке с легкими толчками и кратковременными перегрузками до 125% от расчетной нагрузки; k_б=1,3…1,5 при умеренных толчках, вибрации и кратковременных перегрузках до 150%; k_б=1,6…2,5 при значительных толчках, вибрации и перегрузках до 200%. Температурный коэффициент k_т=1 при температуре ниже 100⁰С k_т=1,1 при 150⁰С; n – частота вращения; h=3000…10000 – число часов работы подшипника. Значения (n·h)^0,3 обычно находят из таблиц.

При отсутствии осевых нагрузок на опоры применяются шарикоподшипники радиальные. В этих случаях β=0 и в формуле (1) S₁=0 и S₂=0, А=0. Иногда радиальные шарикоподшипники применяются в опорах, на которые действуют небольшие осевые нагрузки (A<0,15R).

Для упорных подшипников расчетное значение С определяется по формуле

C=Q(n·h)^0,3=AK_бK_т(n·h)^0,3

Из каталога или справочника выбирается подшипник с требуемым диаметром отверстия под валик d (мм), со значением С, близким к расчетному, и записывается в спецификацию деталей в соответствии с условным обозначением по ГОСТу. При этом следует иметь в виду, что при одинаковом размере d подшипники разных серий имеют разные значения С и размеры D и b.

Моменты трения шарикоподшипников

Для приближенного определения моментов трения M_тр(дaН·см) стандартных радиальных однорядных шарикоподшипников используют формулы:

при действии только радиальной нагрузки R(дaН):

M_тр=0,5(0,06d+0,0012R)d;

при действии радиальной R и осевой F_a нагрузок (дaН)

M_тр=0,001(R+eF_a)d

где d – диаметр вала, см; m – коэффициент приведения осевой нагрузки к радиальной.

Направляющие дл прямолинейного движения

 

 

 

Направляющими называются устройства, обеспечивающие с определенной точностью прямолинейное движение подвижного звена (ползуны, каретки и т.д.).

Различают направляющие с трением скольжения, с трением качения и с упругими элементами. Конструктивно первые два вида направляющих выполняются с силовым замыканием – открытые и с геометрическим замыканием – закрытые. При этом направляющая может охватывать ползун или, наоборот, ползун может охватывать направляющую. Направляющие с трением качения выполняются с роликами и шариками. По форме рабочих поверхностей различают цилиндрические и призматические направляющие.

Плавность и легкость движения ползуна (каретки) в направляющих зависит от сил трения. Силы трения зависят от коэффициента трения f и нормального давления на рабочих поверхностях. В открытых направляющих силы трения меньше, чем в закрытых. Наибольшее трение в направляющих типа «ласточкин хвост». В направляющих с трением качения силы трения в 10…15 раз меньше, чем в направляющих с трением скольжения.

Для уменьшения сил трения и предотвращения заклинивания (самоторможения) ползуна в направляющих необходимо соблюдать определенную зависимость между силами, приложенными к ползуну, коэффициентом трения и размерами ползуна и направляющих.

Рассмотрим направляющие и ползун для случая когда движущая сила направлена под углом давления γ к оси симметрии направляющих и точке приложения ее к ползуну находится за пределами направляющих.

Из системы уравнений равновесия ползуна при υ=const:

P cos γ-Q-F₁-F₂=0 ΣX=0

P sin γ-N₁+N₂=0 ΣY=0

(L+h)P sin γ-LN₁=0 ΣM=0

определяем опорные реакции: N₁=(L+h)P sin γ/L

N₂=hP sin γ/L

cилы трения: F₁=N₁ f =(L+h)P fsin γ/L F₂=N₂ f =hP fsin γ/L

движущую силу: P=

и критический угол давления, при котором P=∞

Расчет рабочих поверхностей направляющих и ползуна ведется на ограничение удельного давления p=N/S≤[p], здесь N – нормальное давление на поверхности соприкосновения ползуна с направляющей; S – площадь этой поверхности: [p] – допускаемое удельное давление.

Для ползуна с направляющей выбирается пара таких материалов, которые при высокой1 износостойкости имеют малый коэффициент трения скольжения f. Материалом для направляющих обычно служат стали 40, 50 или 48А, а для ползуна – бронзы Бр0ЦС10-2, Бр0Ф10-1, латунь ЛС 59-1, текстолит ПТК.

При проектировании направляющих для уменьшения сил трения и износа направляющих целесообразно: уменьшать отношение h/L, располагать точки приложения движущих сл и сил сопротивления как можно ближе к оси симметрии направляющих и выбирать угол давления γ по возможности меньше.

Соединения. Неразъемные соединения

Неразъемными называются соединения, которые нельзя разобрать без разрушения скрепленных элементов. Они осуществляются силами физико-химического сцепления (сваркой, пайкой и склеиванием) и механически средствами (клепкой, запрессовкой, развальцовкой, гибкой, заформовкой).

Сварные соединения

Весьма широкое применение имеют неразъемные соединения, выполненные электромеханической (контактной) и электрической (дуговой) сваркой, а так же газовой (ацетиленокислородной) сваркой.

Электромеханическая (контактная) сварка может осуществляться несколькими способами: точечная контактная (для соединения листов, полос и пакетов листов общей толщиной до 30…35 мм); шовная роликовая (для выполнения непрерывных и прерывистых швов при соединении деталей толщиной до 4 мм).

Расчет соединений, выполненных контактной точечной, шовной сваркой, обычно производится на срез по площади контакта. Такие соединения, как правило, не несут больших нагрузок, так как применяются для деталей малой толщины.

Электрическая (дуговая) сварка осуществляется методом плавления кромок свариваемых элементов и металлического стержня-электрода посредством электрической дуги. Для скрепления сильно окисляющихся металлов и сплавов (алюминия, магния, титана), а так же нержавеющих и жаропрочных сталей применяется аргонодуговая сварка, выполняемая горелками, позволяющими окружать зону дуги инертным газом аргоном.

Для скрепления деталей из пластмасс и разнородных материалов используется ультразвуковая сварка.

Заклепочные соединения 16.11.15

В настоящее время, в связи с развитием различных способов варки, заклепочные соединения имеют ограниченное применение. Заклепки используют главным образом для соединения металлических деталей с неметаллическими, а так же деталей из легких сплавов и трудносвариваемых металлов.

Применяются заклепки со сплошным стержнем и пустотелые. Размеры и форма заклепок регламентируются стандартами и приводятся в справочниках.

Заклепки со сплошным стержнем различаются по форме головки и применяются главным образом для соединения металлических деталей. Пустотелые заклепки применяются для соединения металлических деталей с неметаллическими. Замыкающая головка таких заклепок образуется способом развальцовки спец. инструментом.

Материалами для заклепок служат стали Ст 2, Ст 3, 10 и 15, алюминий, медь, латунь и др.

Из условий равнопрочности соединяемых стальных листов и заклепок устанавливаются следующие соотношения размеров соединения:

d=2δ; t=(3…4)d e=(1,5…2)d.

Соединения деталей с гарантированным натягом

К этому виду неподвижных соединений деталей относятся соединения с применением горячей (Гр) и прессовых посадок (Пр2₁, Пр1₁, Пр, Пл, Пр3₃, Пр2₃, Пр1₃, Пр₄).

Соединения с гарантированным натягом отличаются простотой конструкции и хорошим центрированием соединяемых деталей. Прочность этого вида соединений характеризуется их способностью сопротивляться действию крутящего момента и осевых сил. Надежность и прочность соединений увеличиваются с увеличением натяга и повышением класса чистоты поверхностей, так как при этом увеличиваются удельные давления и силы трения на поверхностях контакта деталей.

Для повышения надежности соединения и уменьшения усилия запрессовки рекомендуется у отверстия делать фаски под углом 30-45⁰ к оси, а у вала – под углом 10-15⁰ к оси. Острые кромки у вала и отверстия могут при запрессовке снять стружку и таким образом уменьшить натяг. С целью соединения требуемой точности изготовления деталей применяется запрессовка деталей на накатку. В этом случае на валике, изготовленном с посадкой скольжения, производится накатка. Неподвижная посадка и соединение деталей осуществляются за счет выступов накатанной части валика. Запрессовка на накатку часто применяется для соединения металлических деталей с пластмассовыми.

Соединения опрессовкой

Для закрепления металлических элементов в пластмассовых деталях применяется соединение опрессовкой. Они осуществляются путем установки металлических деталей в пресс-формы и последующего соединения с пластмассой в процессе прессования. Чтобы детали не проворачивались и не выпадали из пластмассы, им придается соответствующая форма.

Соединения склеиванием

Соединение деталей тонким слоем быстро затвердевающего состава (клея) широко используется для крепления деталей из разнородных материалов. В настоящее время применяются различные клеи, обеспечивающие требуемую точность соединения. Клеевые соединения применяются для соединения деталей из различных материалов, в том числе с пластмассой и керамикой.

Необходимо отметить, что клеевые соединения при хорошем выполнении по сравнению с клепаными имеют более высокую усталостную прочность, улучшают герметизацию, снижают стоимость изделия и позволяют проще решать задачу миниатюризации конструкции.

Основы процесса склеивания

Клеи могут быть разделены на три группы: отверждаемые за счет удаления растворителя, охлаждения расплава и за счет химических процессов.

Процесс склеивания первой группой клеев сводится к нанесению на поверхность деталей раствора клея, сдавливанию деталей и последующему удалению растворителя за счет испарения или впитывания его в склеиваемый материал. Соединении обладает свойством обратимости, поэтому не применяется для изделий, работающих в тяжелый условиях эксплуатации.

Клей второй группы перед нанесением размельчают нагреванием, затем клей наносят на соединяемые поверхности, которые сдавливают и выдерживают при комнатной температуре. Клеи обратимы, т.е. при нагревании становятся вязкими, поэтому они не применяются для соединений, работающих в жестких условиях.

Клей третьей группы необратимы; соединение обладает большой прочностью и надежностью, однако процесс склеивания часто довольно сложный. Клей обычно отверждаются при нагреве соединения. К этой группе относятся феноло-формальдегидный клей, эпоксидная смола и др. Клеи этой группы применяются чаще других.

Снижение внутренних остаточных напряжений в клеевом соединении для повышения его прочности добиваются получением по возможности тонкого клеевого слоя (0,50…0,25 мм), толщина которого в значительной мере зависит от удельного давления и от свойств склеиваемых материалов. Клеевой слой должен иметь определенную гибкость, прочность, эластичность, влагостойкость, теплостойкость и не стареть. Это зависит от свойств клея; он определяет и технологический процесс склеивания.

Типы клеев

Животные клеи хорошо сцепляются со многими материалами. Но они неводостойкие. К ним относятся казеиновый, столярный.

Клеи на основе крахмала называются декстриновыми. Они применяются как кратковременные соединители.

Резиновые клеи представляют собой раствор каучука в бензине или других растворителях. Позволяют получать хорошие соединения большого ассортимента как твердых, так и эластичных материалов или их композиций. В радиотехнической промышленности широко применяются клейкие ленты, в которых используются латексные смеси.

Синтетические клеи являются основными видами клея. Эти клеи дают твердые клеевые швы и выдерживают большие механические нагрузки, поэтому они широко применяются для склеивания. Однако синтетические клеи требуют более сложного и строгого соблюдения режима склеивания. Так, для получения прочного клеевого соединения должно быть обращено особое внимание на подготовку поверхности соединяемых деталей.

Примеры синтетических клеев:

Клеевое соединение, обычно работающее на сдвиг, проверяется на прочность по формуле , где b и l – соответственно ширина и длина ключевого шва.

Величина для каждого вида клея и вида соединяемых материалов приводится в справочной литературе. Она сильно зависит от толщины клеевого слоя, при этом с увеличением его толщины выше оптимальной величина уменьшается.