- •6 Вибір матеріалів для пристроїв
- •7 Розрахунок нероз’ємних з’єднань
- •7.1 Розрахунок зварних з’єднань
- •7.1.1 Розрахунок стикових швів
- •7.1.2 Розрахунок з’єднання внакладку
- •7.2 Розрахунок клепаних з’єднань
- •8 Розрахунок роз’ємних з’єднань
- •8.1 Розрахунок різьбових з’єднань
- •8.1.1 Розрахунок болтового з’єднання, навантаженого розтягуючою силою
- •8.1.2 Розрахунок болтового з’єднання, навантаженого осьовою силою
- •8.1.3 Розрахунок болтового з’єднання, навантаженого поперечною силою
- •8.1.3.1 Розрахунок болта, навантаженого поперечною силою при встановленні його з зазором (рис. 8.3, а)
- •8.1.3.2 Розрахунок болта, навантаженого поперечною силою з установкою його без зазору (рис. 8.3, б)
- •8.1.4 Розрахунок болтового з’єднання, затягнутого і навантаженого зовнішньою осьовою розтягуючою силою
- •8.1.5 Розрахунок гвинтів стяжного пристрою
- •8.2 Розрахунок різьби на міцність
- •8.2.1 Розрахунок різьби за напрямом зминання
- •8.2.2 Розрахунок різьби за напруженнями зрізу
- •9 З’єднання вал – маточина
- •9.1 Шпоночні з’єднання
- •9.2 Шліцеві з’єднання
- •9.3 З’єднання з натягом
6 Вибір матеріалів для пристроїв
При проектуванні пристроїв необхідно вибирати відповідний матеріал для забезпечення міцності і зносостійкості елементів пристрою і назначити відповідну термічну або хіміко-термічну обробку.
Матеріали повинні відповідати таким основним вимогам: бути міцними, легкими, зносостійкими, корозійностійкими, дешевими.
При виборі матеріалу застосовують принцип оптимальності і доцільності. Способи вирішення проблем вибору матеріалу:
відбір основної вимоги і підхід з цієї позиції;
вибір недорогого матеріалу з наступним покращанням його властивостей;
вибір конструктивних заходів зміни напруженого стану, умов роботи.
Найбільш поширеними конструкційними матеріалами у пристроях і технологічному обладнанні є сплави на основі заліза і вуглецю – сталі і чавуни.
Сплави заліза з вуглецем у кількості, що не перевищує 2% – це сталі. Чавунами називають сплави заліза, які вміщують більше 2% вуглецю.
За вмістом вуглецю сталі поділяють на: низьковуглецеві (до 0,2-0,3%), середньовуглецеві (0,2-0,6%), високовуглецеві (0,6-2,0%). Крім цього у вуглецевих сталях міститься марганець (0,1-1,5%), кремній (0,05-0,35%), сірка і фосфор (0,01-0,1%), а також кисень, азот і водень (не більше 0,01% у сумі). Сплави, в яких вуглецю менше 0,1%, називають також технічним залізом.
Залежно від насичення сталі киснем розрізняють киплячі, напівспокійні і спокійні сталі. Їх механічні властивості при однаковому вмісті вуглецю майже співпадають, але киплячі сталі мають менший вміст кремнію і неметалічних домішок.
Вуглецеві сталі у залежності від вмісту сірки і фосфору поділяють на: звичайної якості (до 0,05%) , якісні конструкційні (не більше 0,35) і високоякісні (менше 0,025%). Сталь звичайної якості має сім марок – Ст0–Ст6 (Вміст вуглецю зростає від 0,06 до 0,5%, але цифри не відображають вміст вуглецю, а є лиш порядковим номером сталі). Сталі звичайної якості у залежності від міцності і хімічного складу поділяються ще на три групи – А,Б,В. Сталі групи А мають відповідні механічні властивості без визначеного хімічного складу. Їх використовують без термообробки (Ст1пс). Сталі Б мають визначений хімічний склад без визначення механічних властивостей (Б Ст3сп). Сталь В має визначені хімічний склад і механічні властивості. Високоякісні сталі відрізняються низьким вмістом шкідливих домішок. У позначенні це відображається буквою А у кінці позначення
Окрему групу складають леговані сталі, в яких крім вищезгаданих домішок, містяться інші елементи – Н-нікель, Х-хром, Т-титан, А-азот, Ф-ванадій, К-кобальт, Д-мідь, В-вольфрам, Б-бор, С-кремній, Г-марганець, М-молібден та ін. За буквою йде цифра, що показує вміст цього елемента у процентах, якщо вміст вище 1,0-1,5% (40ХНМА) сталь високоякісна, 0,37-0,44% вуглецю, 0,6-0,9% хрому, 1,25-1,65% нікелю, 0,5-0,8% молібдену і менше 0,03% фосфору та сірки.
Для підвищення механічних і міцнісних характеристик сталей їх піддають різній технологічній обробці. Проводять термохімічну, термомеханічну обробку: наклеп, ковку, штамповку, закалювання, нормалізацію, поверхневе закалювання, цементування, азотування, борування. Використовують електролітичну обробку: хромування, нікелювання, міднення. Створюють захист від корозії шляхом металізації розпиленням, оксидуванням.
Чавуни є виключно сплавами для лиття: вони не піддаються ніякій пластичній деформації і вироби з чавунів одержують тільки литвом. По структурі і властивостям чавуни поділяють на сірі, високоміцні з кулеподібним графітом, ковкі, білі (не застосовуються у машинобудуванні) і з відбіленою поверхнею.
Крім вищезгаданих, для виготовлення пристроїв та обслуговуючого обладнання мають застосовування нові і спеціальні матеріали (не сталі): алюміній, титан, латуні, бронзи, керамічні матеріали, композиційні матеріали. У таблиці 6.1 наведено деталі і матеріали, які застосовують для їх виготовлення, а також характерна їх технологічна обробка. У таблиці 6.2 подані механічні характеристики сталей.
Таблиця 6.1 – Використання матеріалів для виготовлення деталей [3]
Деталі та умови їх роботи |
Марка |
ХТО |
Твер-дість |
Зварю-ваність |
Прокладки, шайби, заклепки |
Ст0, Ст1, Ст 2 |
– |
– |
Добра |
Зварні деталі, щитки, кришки, осі, штифти та ін. деталі, які працюють при нових навантаженнях. |
Ст 3, Ст 4 Ст 5 |
– нормаліза-ція |
– – |
– – |
Шпонки, зубчаті колеса, вали підвищеної міцності і твердості. |
Ст 6 |
Закалка у воду |
49-51 |
Обмеж. |
Пальці, осі, зубчаті колеса, кулачкові муфти, шпиндель, вали та ін. підвищеної зносостійкості, високої зносостійкості. |
10,15,20 15Х, 20Х, 20ХН |
Цементація, закалка, відтиск |
57-63 59-63 |
Добра Задов. |
Кріпильні деталі, натискні гвинти, муфти з’єднувальні. |
25, 35 35Х,35ХН 30ХГСА |
Закалка у воді, відп. Закалка у маслі |
31-51 46-51 |
Добра Задов. |
Вали, осі, штоки, плунжери, ексцентрики, пальці, ролики та ін. деталі, що працюють на зношування |
40,45,50, 65 40Х, 45Х, 40ХГ, 40ГН |
Закалка у воді, відп. Закалка у маслі, відпуск |
25-36 31-56 |
Обмеж. Обмеж. |
Продовження таблиці 6.1
Деталі та умови їх роботи |
Марка |
ХТО |
Твер-дість |
Зварю-ваність |
Ексцентрики, кільця пружини |
65,70, 55СГ |
Закалка у маслі, відпуск |
38...65 |
Погана |
Цанги |
60Г, 50Г |
Закалка у маслі |
41...61 |
Погана |
Втулки і підшипники ковзання; упорні і опорні підшипники |
БрА9ЖЗ ЛМц-58-2л |
ЖЗЛ |
|
|
Таблиця 6.2 – Орієнтовані величини допустимих напружень для деяких машинобудівних матеріалів при статичних навантаженнях [6]
Матеріал |
Допустиме напруження Н/мм2 |
Примітки |
|
[σ]р |
[σ]с |
||
Сталь Ст. 2 |
140 |
|
|
Сталь Ст. 3, 4 |
140 – 170 |
|
|
Сталь Ст. 5 |
175 – 210 |
|
|
Сталь 45 |
180 – 210 |
|
|
Дюралюміній |
70 – 150 |
|
|
Текстоліт |
30 – 40 |
50 – 90 |
|
Чавун СЧ 15-32 |
25 – 40 |
90 – 150 |
Відливки з сірого чавуна |
Чавун СЧ 21-40 |
35 – 55 |
160 – 200 |
|
Чавун ВЧ 50-1.5 |
80 – 120 |
305 – 410 |
Високоміцний чавун |