Заклепочные соединения

Заклепочное соединение неразъемное. В большинстве случаев его применяют для соединения листов и фасонных прокатных профилей. Соединение образуют расклепыванием стержня заклепки, вставленной в отверстие деталей. На рисунке обозначено:

1 – обжимка; 2 – прижим при машинной клепке; 3 – замыкающая головка; 4 – закладная головка; 5 – поддержка.

При расклепывании вследствие пластических деформаций образуется замыкающая головка, а стержень заклепки заполняет зазор в отверстии. Силы, вызванные упругими деформациями деталей и стержня заклепки, стягивают детали.

Клепку (осаживание стержня) можно производить вручную или машинным способом пневматическими молотками, прессами и т.п. Стальные заклепки малого диаметра (до 10 мм) и заклепки из цветных металлов ставят без нагрева – холодная клепка. Стальные заклепки большего диаметра ставят горячим способом – горячая клепка.

В зависимости от конструкции соединения применяют различные виды заклепок, геометрические размеры которых стандартизованы.

а – с полукруглой головкой; б – полупотайная; в – потайная;

г – трубчатая.

Если нет доступа к замыкающей головке (например, пустотелое крыло самолета), то применяют заклепки для односторонней клепки.

Заклепки для односторонней клепки.

В одном случае замыкающая головка образуется при протягивании конической оправки через коническое отверстие заклепки. В другом случае, замыкающая головка образуется за счет взрыва заряда 1.

Заклепочные соединения применяют для деталей, материал которых плохо сваривается, и в тех конструкциях, где важно растянуть по времени развитие процесса разрушения.

По конструктивному признаку различают соединения внахлестку и встык, однорядные и многорядные.

а) Однорядный односрезный шов внахлестку

На основные размеры заклепочных соединений выработаны нормы, которые рекомендуют выбирать d,t,e и δ₁ в зависимости от толщины δ листов.

б) Однорядный двухсрезный шов встык с двумя накладками

За расчетную нагрузку принимают силу F_t , действующую на фронте одного шага t. При этом значение силы определяют по напряжениям растяжения σ' в сечении листа не ослабленном отверстиями под заклепки. Напряжение σ' полагают известным из основных расчетов конструкции

F_t = σ' t δ.

Прочность листа в сечении по отверстиям

σ = F_t /[(t-d) δ]

Отношение напряжений

σ'/ σ = (t-d)/t = φ

называют коэффициентом прочности заклепочного шва.

Значение φ показывает, как уменьшается прочность листов при соединении заклепками. При стандартных размерах для односрезного шва, например, φ = 0,65, т.е. образование заклепочного соединения уменьшает прочность листов на 35%. Понижение прочности деталей – одна из главных отрицательных характеристик заклепочного соединения.

Сварные соединения

Сварное соединение – неразъемное. Из всех видов сварки наиболее широко распространена электрическая. Различают два основных вида электросварки: дуговую и контактную.

Электродуговая сварка основана на использовании теплоты электрической дуги для расплавления металла. Для защиты расплавленного металла от вредного действия окружающего воздуха на поверхность электрода наносят толстую защитную обмазку, которая выделяет большое количество шлака и газа, образуя изолирующую среду.

Контактная сварка основана на использовании повышенного омического сопротивления в стыке деталей и осуществляется несколькими способами: стыковая, точечная и шовная контактная сварка.

Сварное соединение является наиболее совершенным из неразъемных соединений, так как лучше других приближает составные детали к целым.

Расчет на прочность

Стыковое соединение. Во многих случаях является простым и надежным. Его следует применять везде, где допускает конструкция изделия. В зависимости от толщины соединяемых элементов соединение выполняют с обработкой или без обработки кромок, с подваркой и без подварки с другой стороны.

При малых толщинах обработка кромок не обязательна, а при средних и больших толщинах она необходима по условиям образования шва на всей толщине деталей. Сваривать встык можно не только листы или полосы, но также трубы, уголки, швеллеры и другие фасонные профили.

Стыковые соединения могут разрушаться по шву, по месту сплавления металла шва с металлом детали, по сечению самой детали в зоне термического влияния. Практикой установлено, что при качественном выполнении сварки разрушение соединения стальных деталей происходит преимущественно в зоне термического влияния. Так называют прилегающий к шву участок детали, в котором в результате нагревания при сварке изменяются механические свойства металла. Поэтому расчет прочности стыкового соединения принято выполнять по размерам сечения в этой зоне. Возможное снижение прочности деталей, связанное со сваркой, учитывают при назначении допускаемых напряжений. Например, при расчете полосы, сваренной встык:

• на растяжение

σ = F/A = F/(bδ)[σ'] ;

• на изгиб

σ = M/W =6M/(bδ)[σ'] ,

где b и δ – ширина и толщина полосы; [σ'] – допускаемое напряжение для сварных соединений. Отношение φ = [σ']/ [σ]_р – является коэффициентом прочности сварного соединения.

Значение φ колеблется в пределах 0,9…1,00, т.е. стыковое соединение почти равнопрочно с соединенными деталями. Если требуется повысить прочность соединения, применяют косые швы. Расчет косого шва выполняют по тем же формулам

σ = F/A = F/(bδ)[σ'] ;

σ = M/W =6M/(bδ)[σ'],

в которых принимают [σ'] = [σ]_р.

ЛЕКЦИЯ №27

Нахлесточное соединение.

Выполняется с помощью угловых швов. В зависимости от формы поперечного сечения различают угловые швы: нормальные 1, вогнутые 2, выпуклые 3. Выпуклый шов образует резкое изменение сечения деталей в месте соединения, что является причиной повышенной концентрации напряжений. Вогнутость шва достигается обычно механической обработкой, это увеличивает стоимость соединения.

Основные геометрические характеристики углового шва:

k – катет; h – высота. Для нормального шва h = k sin 45º~ 0,7k. По условиям технологии принимают kмм, если толщина листа δмм. В большинстве случаев k = δ.

В зависимости от расположения различают швы лобовые, фланговые и косые. Лобовой шов расположен перпендикулярно, а фланговый – параллельно линии действия нагружающей силы. Обычно применяют комбинированное соединение фланговыми и лобовыми швами.

Фланговые швы. Основными напряжениями флангового шва являются касательные напряжения τ в сечении m – m. По длине шва напряжения распределены неравномерно. На концах шва они больше, чем в середине. Неравномерность распределения напряжений возрастает с увеличением длины шва и разности

податливостей деталей. Поэтому применять длинные фланговые швы нецелесообразно. На практике их длину ограничивают условием . Расчет таких швов приближенно выполняют по среднему напряжению, а условие прочности записывают в виде

[τ'].

Здесь 0,7k – толщина шва по биссектрисе m – m.

Лобовые швы. Напряженное состояние лобового шва неоднородно. Наблюдается значительная концентрация напряжений, связанная с резким изменением сечения деталей в месте сварки. По методу, принятому в инженерной практике, лобовые швы рассчитывают только по касательным напряжениям τ и в сечении m – m. При этом [τ'].

Расчет лобовых швов только по τ и сечению m – m делает расчет всех угловых швов единым независимо от их расположения к направлению нагрузки.

Соединение контактной сваркой.

Точечная сварка применяется для соединения деталей из тонкого листового материала при соотношении толщин . Диаметр сварной точки выбирают в зависимости от толщины меньшей из свариваемых деталей. Обычно принимают t =3d; t₁=2d; t₂=1,5d.

d =1,2δ +4 при δмм;

d =1,5δ +5 при δ >3 мм.

Соединения точечной сваркой работают преимущественно на срез. При расчете полагают, что нагрузка по точкам распределяется равномерно. Неточность расчета компенсируют уменьшением допускаемых напряжений.

[τ'],

где z – число свариваемых точек; i – число плоскостей среза.

Точечному соединению свойственна высокая концентрация напряжений. Поэтому оно сравнительно плохо работает при переменных нагрузках. Концентрация напряжений образуется не только в сварных точках, но и в самих деталях в зоне шва.

Шовная сварка. Концентрация напряжений в швах меньше, чем при точечной сварке и соединение герметичное. Напряжения среза

[τ'].

Допускаемые напряжения сварных соединений.

Многообразие факторов, влияющих на прочность сварных соединений, а также приближенность и условность расчетных формул вызвали необходимость экспериментального определения допускаемых напряжений.

Вид процесса сварки	Допускаемое напряжение в швах [τ']
Автоматическая под флюсом, Ручная электродами Э42А,Э50А, Контактная стыковая	0,65[σ]p
Газовая сварка	0,60[σ]p
Контактная точечная и шовная	0,50[σ]p

Примечание: [σ]_p = σ_Т/(1,4…1,6) – допускаемое напряжение на растяжение для материала соединяемых деталей.

СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИЙ

ЛЕКЦИЯ №1....................................................................................3

Содержание занятий

Основной учебник

Методические пособия кафедры

Введение

Основные требования к деталям и узлам машин

ЛЕКЦИЯ №2…………………………………..……………..……7

Основные критерии работоспособности

Основные требования к материалам

Надежность деталей машин

Этапы проектирования машин

Механические передачи

Основные характеристики передач

ЛЕКЦИЯ №3……………………………………………………..12

Фрикционные передачи и вариаторы

Материалы тел качения

Основы прочностного расчета фрикционных пар

ЛЕКЦИЯ № 4……………………………………………………..17

Зубчатые передачи

Картина зацепления

Коэффициент торцового перекрытия

Критерии работоспособности и расчета

ЛЕКЦИЯ № 5………………………………….………………….21

Расчетная нагрузка

Коэффициент концентрации нагрузки

Коэффициент динамической нагрузки

Расчет прямозубых цилиндрических передач на прочность

ЛЕКЦИЯ № 6…………………………………………………..…25

Расчет прочности зубьев по контактным напряжениям

Выбор модуля и числа зубьев в закрытых передачах

ЛЕКЦИЯ № 7..................................................................................30

Расчет зубьев по напряжениям изгиба

Расчет косозубых и шевронных цилиндрических передач

Силы, действующие на зуб колеса

ЛЕКЦИЯ № 8……………………….…………………….………34

Удельная нагрузка

Распределение нагрузки на боковой поверхности зубьев

Расчет прочности косозубой передачи по контактным напряжениям

Расчет прочности зубьев косозубых передач по напряжениям изгиба

Материалы и термообработка

ЛЕКЦИЯ № 9 ……………………….……………………………39

Методы упрочнения зубчатых колес.

Заготовки.

Допускаемые контактные напряжения

ЛЕКЦИЯ №10 ……………………………………………………44

Режимы нагружения

Эквивалентное число циклов

Допускаемое напряжение изгиба при расчете на усталость

Последовательность расчета косозубой цилиндрической передачи

по контактным напряжениям

ЛЕКЦИЯ №11…….………………………..……………..………48

Конические зубчатые передачи

Силы в зацеплении прямозубой конической передаче

Приведение прямозубого конического колеса к эквивалентному

прямозубому цилиндрическому колесу

Расчет зубьев прямозубой конической передачи по напряжениям изгиба

Расчет зубьев прямозубой конической передачи по контактным напряжениям

Конические передачи с непрямыми зубьями

ЛЕКЦИЯ №12……………………………………………………53

Червячные передачи

Основные геометрические параметры

Червяки

Червячное колесо

Передаточное отношение

Скольжение в передаче. КПД. Условие самоторможения

ЛЕКЦИЯ №13…………………………………………………….58

Силы в зацеплении червячной передачи

Расчет на прочность по контактным напряжениям

Расчет на прочность по напряжениям изгиба

Расчетная нагрузка. Материалы и допускаемые напряжения

ЛЕКЦИЯ №14…………………………………..………………….63

Тепловой расчет, охлаждение и смазка червячной передачи

Ременные передачи

Критерии работоспособности

Силовые зависимости

Напряжения в ремне

Скольжение в передаче

Работоспособность ременной передачи

ЛЕКЦИЯ №15…………………………………….……………….69

Допускаемые полезные напряжения в ремне

Нагрузка на валы и опоры

Клиноременная передача

Последовательность расчета клиноременной передачи

Цепные передачи

Числа зубьев звездочек

ЛЕКЦИЯ №16………………………………..……………………73

Межосевое расстояние и длина цепи

Конструкции цепей. Роликовые цепи. Зубчатые цепи.

Конструкция звездочек. Материалы цепей и звездочек

Усилия, действующие в цепной передаче

Неравномерность движения и колебания цепи

Практический расчет цепной передачи

Передача винт-гайка. Передачи скольжения

Передача винт-гайка качения

ЛЕКЦИЯ №17………………….….……………….…… ………79

Подшипники

Подшипники скольжения

Подшипники качения

Распределение нагрузки между телами качения

Кинематика подшипника

Смазка подшипников

Причины выхода из строя. Критерии расчета

ЛЕКЦИЯ №18………………………………….……..………….84

Расчет подшипников на долговечность

Эквивалентная динамическая нагрузка

Проверка и подбор подшипников по статической грузоподъемности

Предельная быстроходность подшипников

Особенности расчета нагрузки радиально-упорных подшипников

Конструкция подшипников скольжения

Условия работы и виды разрушения подшипников скольжения

ЛЕКЦИЯ №19……………………………………….……………88

Трение и смазка подшипников

Из теории гидродинамической смазки

Гидростатические подшипники

Валы и оси. Материалы. Конструкция

ЛЕКЦИЯ №20……………………………………….……………93

Порядок проектного расчета вала

Направление сил в зацеплении зубчатой передачи

Проверочный расчет на усталость

Муфты. Классификация муфт

Муфты глухие. Муфты компенсирующие

ЛЕКЦИЯ №21……………………………………………..……..99

Муфты компенсирующие упругие

Муфта упругая втулочно-пальцевая

Муфта с упругой оболочкой

Муфты управляемые или сцепные

Муфты кулачковые. Муфты фрикционные. Муфты дисковые

Муфты автоматические, или самоуправляемые

ЛЕКЦИЯ №22……………………………………………………104

Соединения. Шпоночные соединения

Соединение клиновыми шпонками

Соединение призматическими шпонками

Соединение сегментной шпонкой

Соединения с цилиндрической шпонкой

Замечания по расчету призматических шпоночных соединений

Зубчатые (шлицевые) соединения

Соединения с прямобочными зубьями

Соединения с эвольвентными зубьями

ЛЕКЦИЯ №23…………………………………………………….110

Профильные соединения

Соединение деталей с натягом

Расчет прочности прессового соединения

Конические соединения

ЛЕКЦИЯ №24………………………….…………………...……114

Резьбовые соединения

Геометрические параметры резьбы

Основные типы крепежных деталей

Способы стопорения

Теория винтовой пары

Самоторможение и КПД винтовой пары

ЛЕКЦИЯ №25……………………………………………………119

Распределение осевой нагрузки по виткам резьбы

Высота гайки и глубина завинчивания

Расчет на прочность стержня винта (болта):

- Стержень винта нагружен только внешней растягивающей силой F;

- Болт затянут, внешняя нагрузка отсутствует

- Болтовое соединение нагружено силами, сдвигающими детали в стыке;

- Болт затянут, внешняя нагрузка раскрывает стык деталей

ЛЕКЦИЯ №26 ……………………………..…………….……….124

Расчет соединений, включающих группу болтов

Нагрузка соединения сдвигает детали в стыке

Заклепочные соединения

Виды заклепок. Заклепки для односторонней клепки.

Шов внахлестку. Шов встык

Коэффициентом прочности заклепочного шва

Сварные соединения

Расчет на прочность. Стыковое соединение

ЛЕКЦИЯ №27………………………………………..……………129

Нахлесточное соединение.

Швы лобовые, фланговые и косые

Соединение контактной сваркой

Точечная и шовная сварка

Допускаемые напряжения сварных соединений