Общие принципы проектирования машин.

Имени адмирала СО. МАКАРОВА

Кафедра " Прикладная механика и инженерная графика"

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

по дисциплине " Теория механизмов и машин и детали машин"

для курсантов и студентов-заочников, обучающихся по специальности 24.05.00 " Эксплуатация судовых энергетических установок"

 

 

 

 

Санкт-Петербург 2011 г.

 

Буквы греческого алфавита

Буква	Название	Числовое значение
др.-греч.	визан- тийское	совр. греч.	русское
Α α	ἄ λ φ α	ά λ φ α	альфа
Β β	β ῆ τ α	β ή τ α	бета (вита)
Γ γ	γ ά μ μ α	γ ά μ μ α γ ά μ α	гамма
Δ δ	δ έ λ τ α	δ έ λ τ α	дельта
Ε ε	ε ἶ	ἒ ψ ι λ ό ν	έ ψ ι λ ο ν	эпсилон
Ζ ζ	ζ ῆ τ α	ζ ή τ α	дзета (зита)
Η η	ἦ τ α	ή τ α	эта (ита)
Θ θ	θ ῆ τ α	θ ή τ α	тета (фита)
Ι ι	ἰ ῶ τ α	ι ώ τ α γ ι ώ τ α	йота
Κ κ	κ ά π π α	κ ά π π α κ ά π α	каппа
Λ λ	λ ά β δ α	λ ά μ β δ α	λ ά μ δ α λ ά μ β δ α	лямбда (лямда)
Μ μ	μ ῦ	μ ι μ υ	мю (ми)
Ν ν	ν ῦ	ν ι ν υ	ню (ни)
Ξ ξ	ξ ε ῖ	ξ ῖ	ξ ι	кси
Ο ο	ο ὖ	ὂ μ ι κ ρ ό ν	ό μ ι κ ρ ο ν	омикрон
Π π	π ε ῖ	π ῖ	π ι	пи
Ρ ρ	ῥ ῶ	ρ ω	ро
Σ σ ς	σ ῖ γ μ α	σ ί γ μ α	сигма
Τ τ	τ α ῦ	τ α υ	тау (таф)
Υ υ	ὖ	ὖ ψ ι λ ό ν	ύ ψ ι λ ο ν	ипсилон
Φ φ	φ ε ῖ	φ ῖ	φ ι	фи
Χ χ	χ ε ῖ	χ ῖ	χ ι	хи
Ψ ψ	ψ ε ῖ	ψ ῖ	ψ ι	пси
Ω ω	ὦ	ὦ μ έ γ α	ω μ έ γ α	омега

Архаические буквы

Нижеперечисленные буквы в классический греческий алфавит не входят, однако три из них (дигамма, коппа, дисигма) применялись в системе греческой алфавитной записи чисел, а две (коппа и дисигма) применяются и поныне(дигамма в византийское время была заменена стигмой). В некоторых же архаических греческих диалектах все эти буквы имели звуковое значение и употреблялись в записи слов.

Буква	Финикийский прообраз	Название	Латинская транслитерация	Произношение	Числовое значение
русское	архаич.	классич.
* (варианты)	вав	дигамма (вав)	ϝ α ῦ	δ ί γ α μ μ α	w	[w]
		стигма	–	σ τ ί γ μ α	st	[st]
	хет	хета	ἧ τ α	ἧ τ α	h	[h]	–
	цаде	сан	ϻ ά ν	σ ά ν	s	[s]	–
* (варианты)	коф	коппа	ϙ ό π π α	κ ό π π α	q	[k]
* (варианты)	цаде	сампи	–	σ α μ π ῖ	ss	[ts], [sː ], [ks],

По силам ли студентам немашиностроительных специально­стей курс «Детали машин»? Конечно, да, если учащиеся умеют выпол­нять чертежи, усвоили основы сопротивления материалов и имеют поня­тия о машиностроительных конструкционных материалах.

В Средние века многие студенты университетов с трудом добира­лись до 5-й теоремы первой книги «Начал» Эвклида - о том, что в равнобедренном треугольнике углы при основании равны. Что касается по­следней теоремы той же книги - теоремы Пифагора, доступной теперь 11-летним школьникам, то до неё доходили только магистры, в связи с чем она и получила название «магистерской». Этот пример показывает, что со временем люди сумели «приручить» трудные понятия и идеи, сделать малодоступное постижимым и понятным. Поэтому образование и наука все­гда остаётся посильной для новых поколений.

Однако настоящее образование - только САМОобразование. Любое обучение - только стимул к самообучению. Как бы ни трудились педагоги, преподнося учащимся духовные деликатесы, как бы ни разжёвывали, ус­воить их или извергнуть - дело обучающихся и только их. Как говорят на Востоке: можно подогнать ишака к воде, но пить его не заставит даже шайтан.

Лекция №1

Комбинированные.

Машины и механизмы состоят из соединённых между собой деталей и узлов. Деталь ̶ часть машины, изготовляемая без сборочных операций (винт, гайка, шайба, литая станина станка). Узел ̶ сборочная единица, состоя­щая из деталей или простых узлов (подшипник качения, муфта, вал с сидящи­ми на нём деталями). Из различных деталей почти двухсот наименований мож­но собрать около 5000 механизмов.

Среди общих правил конструирования можно отметить основные три:

Первое. При проектировании детали и узлы рассчитывают на нормальные условия эксплуатации. Так, если рассчитывать детали велосипеда из условий их неповреждения при наезде на непреодолимое препятст­вие, то получится перетяжеленная конструкция, которая будет трудна в эксплуатации.

Второе. Конструирование есть поиск оптимального компро­миссного решения. Часто при проектировании должны быть удовле­творены противоречивые требования. Так, у боевого самолета должно быть обеспечено и достаточное бронирование кабины пило­та (что требует увеличения массы) и необходимая дальность и ско­рость полета (что требует снижения массы).

Третье. При конструировании должно быть выполнено условие равнопрочности. Очевидно, что нецелесообразно конструировать отдельные элементы машины с излишними запасами несущей спо­собности, которые все равно не могут быть реализованы в связи с отказом конструкции из-за разрушения или повреждения других элементов.

Все детали, из которых состоят машины, должны удовлетворять двум основным услови­ям: надежности и экономичности. Под экономичностью понимают минимально необходимую стоимость проектирования, изготовле­ния и эксплуатации.

ЛЕКЦИЯ № 2.

ЛЕКЦИЯ № 3.

ЛЕКЦИЯ № 4.

СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Для выполнения своих функций детали машин соединяются между собой, образуя подвижное или неподвижное соединение.

Наличие подвижных соединений определяется исключительно кинематикой машины, а неподвижных соединений вызывается необходимостью расчленения машины на сборочные единицы и детали, чтобы облегчить или вообще сделать возможным изготовление машины, ее транспортировку и ремонт.

В зависимости от технологических и эксплуатационных требований, соединения могут быть:

неразъемными или разъемными — недопускающими или допускающими повторную сборку— разборку соединяемых деталей без разрушения или повреждения элементов конструкции;

прочными или прочноплотными (герметичными) — удовлетворяющими только требованию прочности или одновременно как требованию прочности, гак и условию непроницаемости соединения.

По характеру связи, осуществляемой между соединяемыми деталями, соединения могут работать:

фрикционно — за счет трения между соединяемыми деталями;

зацеплением соединяемых деталей — непосредственно или при помощи вспомогательных соединительных деталей; путем превращения соединяемых деталей в одну комплексную деталь (с помощью сварки, пайки или склеивания).

Неразъемными называются соединения, не позволяющие разобрать конструкцию без разрушения соединяемых деталей. Такие соединения располагают в местах, называемых технологическими разрезами. В результате применения технологических разрезов вес конструкции обычно не повышается или увеличивается незначительно.

Неразъемные соединения можно осуществить силами физико-химического сцепления — сваркой, пайкой, склеиванием или механическими средствами — склепыванием, вальцеванием, посредством посадок с натягом.

Для современного машиностроения характерно преимущественное применение первой группы соединений. Новыми и прогрессивными являются комбинированные соединения — клеесварные и клеемеханические (клеезаклепочные и клеерезьбовые). В этих соединениях клей обеспечивает высокую плотность, а сварочные точки, заклепки или болты — необходимую прочность, если прочность клеевого слоя для этого недостаточна.

В общем курсе деталей машин рассматриваются соединения сваркой, посредством посадок с натягом и склепыванием, применяемые особенно широко.

Разъемными называются соединения, которые можно разбирать без разрушения, как соединяемых элементов, так и соединяющих деталей. К ним относятся: резьбовые соединения, соединения штифтами и клиньями, а также шпоночные, зубчатые (шлицевые), клеммовое соединение (от нем. Klemme — зажим) и другие профильные соединения.

Разъемные соединения можно подразделить на конструктивные, обусловленные особенностью конструкции (например, соединения элементов из разных материалов), и эксплуатационные, применяемые для удобства эксплуатации, а иногда ремонта и транспортировки.

Проектирование соединений — ответственная задача, так как разрушения в машинах происходят в большинстве случаев именно в местах соединений.

Наряду с общими требованиями экономичности к соединениям предъявляют прочности, плотности (герметичности), жесткости, а в особых случаях также тепло- и электропроводности.

Если соединение одного вида не удовлетворяет всем заданным требованиям, то применяют соединения комбинированные. Так, например, в самолетах встречаются клепано-клеевые соединения, в которых плотность обеспечивается склеиванием, а необходимая прочность - клеевым швом, усиленным заклепками.

Все указанные типы соединений характеризуются большой жесткостью. Во многих специальных случаях детали соединяют с помощью упругих элементов, обладающих большой податливостью, благодаря чему обеспечивается значительное относительное перемещение соединенных деталей. В качестве упругих элементов используют различного рода пружины и рессоры.

Главной характеристикой большинства соединений является прочность, которая оценивается величиной допускаемой предельной нагрузки или коэффициентом прочности φ — отношением этой нагрузки к предельной нагрузке слабейшего из соединяемых элементов.

Главная задача здесь заключается в том, чтобы по возможности приблизить прочность соединения к прочности соединяемых элементов. Так, соединение с φ = 0, 9 обладает прочностью, составляющей 90% прочности более слабого элемента.

Соединения частей машин, труб, сосудов и аппаратов, содержащих жидкости и газы, должны обладать необходимой плотностью (герметичностью). Сущность термина плотность можно пояснить на примере фланцевого соединения двух труб (рис. 4), по которым протекает жидкость (или газ) под давлением, выше атмосферного (или давления окружающей среды).

Как бы тщательно ни обрабатывались поверхности этих фланцев, они будут соприкасаться не по всей номинальной геометрической площади, а лишь в отдельных ее точках, которые после смятия образуют небольшие площадки, показанные на рис. 4 в виде заштрихованных пятен. По каналам между этими площадками жидкость (а тем более газ) может просачиваться. Величина утечек зависит от давления жидкости, ее вязкости, сечения каналов.

Уплотнить разъемное соединение, исключив просачивание жидкости (или газа), можно сильным сжатием сопряженных поверхностей, достаточно чисто обработанных, и введением прокладок, уплотняющих стыки путем заполнения неровностей между поверхностями сравнительно мягким, легко деформирующимся материалом.

Рис. 4

Исходным для расчета плотных соединений является удельное давление, которое должно быть создано на соприкасающихся поверхностях. Для различных способов уплотнения и материалов прокладок рабочее (конечное) удельное давление q = (1, 5…4) р, где ρ — внутреннее давление жидкости или газа в трубе, сосуде и т. д. Меньшее значение (1, 5 р)дано для мягких гофрированных прокладок с асбестовыми шнурами, большее (4 р)— для непосредственного контакта пришабренных поверхностей.

Для многих деталей и их соединений существенным является жесткость, характеризуемая отношением деформирующей силы F(в Н) к величине деформации Δ (в м):

В случае нелинейной зависимости Δ = f (F) жесткостью называется отношение приращений этих же величин в интересующем интервале. Исходя из общего определения жесткости системы, легко определить жесткость соединения или, как говорят, жесткость стыка.

Экспериментальные исследования показали, что жесткость соединений во много раз меньше жесткости соединяемых элементов.

Жесткость системы с₀, всегда меньше жесткости наименее жесткого ее элемента; следовательно, именно соединение (наименее жесткий элемент) определяет жесткость системы в целом.

ЛЕКЦИЯ № 5.

ЛЕКЦИЯ № 6

ПАЯНЫЕ И КЛЕЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Паяные соединения — это неразъемные соединения, обеспечиваемые силами моле­кулярного взаимодействия между соеди­няемыми деталями и припоем. Припой — это сплав или металл, вводимый в расплав­ленном состоянии в зазор между соединяе­мыми деталями и имеющий более низкую температуру плавления, чем соединяемые детали. Отличие пайки от сварки — отсут­ствие расплавления или высокотемпературного нагрева соединяемых деталей.

Связь в паяном шве основана на:

· растворении металла деталей в расплав­ленном припое;

· взаимной диффузии элементов припоя и металла соединяемых деталей;

· бездиффузионной атомной связи.

Прочность паяного шва существенно выше, чем припоя,

в связи с растворением в слое материала деталей,

в связи с тем, что слой находится в стесненном напря­женном состоянии между соединяемыми деталями.

Процесс пайки состоит из операций: прогрева соединяемых поверхностей, рас­плавления припоя, растекания припоя и заполнения шва, охлаждения и кристалли­зации.

Тип паяного соединения определяется формой и расположением деталей и на­грузкой. Пайкой соединяют однородные и разно­родные материалы: черные и цветные ме­таллы, сплавы, керамику, стекло и т. д.

Основные паяные соединения: внахлест­ку (ПН-1...ПН-6, включая телескопиче­ские ПН-4...ПН-6), встык (ПВ-1, ПВ-2), вскос (ПВ-З, ПВ-4), втавр (ПТ-1...ПТ-4), соприкасающиеся (ПС-1, ПС-2). Преиму­щественное применение имеют соединения внахлестку, как обеспечивающие достаточ­но высокую прочность вплоть до достиже­ния равнопрочности с целыми деталями.

Стыковые соединения имеют примене­ние, ограниченное малыми нагрузками, что связано с малыми поверхностями спая.

Соединения ступенчатые и вскос (ПВ-З, ПВ-4 с углом не более 30°) способны обеспечивать необходимую прочность, но их применение ограничивается сложностью изготовления.

Пайкой соединяют листы, стержни, тру­бы между собой и с плоскими деталями и др. Важную область составляют сотовые паяные конструкции.

Припой должен быть легкоплавким, хорошо смачивать соединяемые поверх­ности, обладать достаточно высокой проч­ностью, пластичностью, непроницае­мостью. Коэффициенты линейного расши­рения материалов соединяемых деталей и припоев не должны сильно различаться.

В технике применяют широкую номенклатуру припоев, разделяемую на группы по температуре плавления и по химическому составу.

Припой изготовляют в виде стержней, проволоки, пасты и порошка, а припойных сплавов различают намного больше, чем флюсов. Выбор припоя зависит от температуры плавления соединяемых металлических деталей.

Различают легкоплавкие, или мягкие, припои с температурой плавления до 350°С и тугоплавкие, или твердые, с температурой плавления выше 600°С. Из мягких припоев наиболее распространены оловянно-свинцовые сплавы, а из твердых — медноцинковые и серебряномедные сплавы. Из-за низкой температуры плавления не рекомендуется применять припои в соединениях, работающих при температуре выше 100°С. Мягкие припои широко применяют в приборостроении. Твердые припои применяют для соединений, несущих нагрузки. При статических нагрузках применяют припои на медной основе, а для соединений, воспринимающих ударные ивибрационные нагрузки, — припои на серебряной основе. В машиностроении употребительны следующие мягкие припои:

L-SN SB5 и L-SN AG5, а также оловянные сплавы с 5%-ной долей сурьмы или серебра с рабочей температурой от 230 до 240°С, применяемые для пайки коммуникационных медных труб с горячей или холодной водой, для обогревательных устройств и в пищевой промышленности.

Оловянно-свинцовые по ГОСТ 21930—76*: ПОС 61, ПОС 40, ПОС 30, ПОС 10 и др. (ши­рокое применение);

Соответственно температура их плавления составляет 190, 210 и 235°С, возрастая с понижением доли олова.

В группе твердых припоев различают очень низкоплавкие припои на алюминиевой основе, среди которых отметим особенно удобный для пайки по зазору алюминиевых сплавов всех видов — это L-AL SL12. Кроме того, низкоплавкими твердыми припоями являются припои, содержащие не менее 20% серебра. Так, например, припой L-AG 2P с относительно высоким диапазоном температуры плавления (от 650 до 810 °С) применяют для пайки меди и всевозможных медных сплавов во всех отраслях, где используют медь. Из группы твердых припоев, содержащих не менее 20% серебра, следует особо упомянуть припой L-AG 40CD — низкоплавкий твердый припой (595-630°С), относящийся к разновидности твердых припоев, служащих для пайки по зазору стали, меди и латуни. Припои на основе меди имеют температуру плавления около 900°С и используются при пайке стали, ковкого чугуна, меди и медных сплавов — это, например, L-Cu Zn 40, L-Cu Zn 39 Sn и так называемый нейзильбор L-Cu Ni 10 Zn 42.

Важно также знать, что медные, серебряные и мягкие припои проявляют оптимальную прочность только при ширине зазора от 0, 05 до 0, 1 мм, в то время как алюминиевые припои пригодны для зазоров шириной от 0, 2 до 0, 4 мм.

В процессе пайки для защиты поверхностей от загрязнения и окисления и соответственно для улучшения растекания жидкого припоя применяют флюсы.

Флюсы. От качества флюса во многом зависит хорошее смачивание припоем мест спайки и образование прочных швов. При температуре паяния флюс должен плавиться и растекаться равномерным слоем, в момент же пайки он должен всплывать на внешнюю поверхность припоя. Температура плавления флюса должна быть несколько ниже температуры плавления применяемого припоя.

Химически активные флюсы (кислотные)— это флюсы, имеющие в большинстве случаев в своем составе свободную соляную кислоту. Существенным недостатком кислотных флюсов является интенсивное образование коррозии паяных швов.

К химически активным флюсам прежде всего относится соляная кислота, которая употребляется для пайки стальных деталей мягкими припоями. Кислота, оставшаяся после пайки на поверхности металла, растворяет его и вызывает, появление коррозии. После пайки изделия необходимо промыть горячей проточной водой. Применение соляной кислоты при пайке радиоаппаратуры запрещается, так как во время эксплуатации возможно нарушение электрических контактов в местах пайки. Следует учитывать, что соляная кислота при попадании на тело вызывает ожоги.

Хлористый цинк (травленая кислота) в зависимости от условий пайки применяется в виде порошка или раствора. Используется для пайки латуни, меди и стали. Для приготовления флюса необходимо в свинцовой или стеклянной посуде растворить одну весовую часть цинка в пяти весовых частях 50-процентной соляной кислоты. Признаком образования хлористого цинка служит прекращение выделения пузырьков водорода. Из-за того, что в растворе всегда имеется небольшое количество свободной кислоты, в местах пайки возникает коррозия, поэтому после пайки место спая должно тщательно промываться в проточной горячей воде. Пайку с хлористым цинком в помещении, где находится радиоаппаратура, производить нельзя. Применять хлористый цинк для пайки электро и радиоаппаратуры также нельзя. Хранить хлористый цинк необходимо в стеклянной посуде с плотно закрытой стеклянной пробкой.

Бура (водная натриевая соль пироборной кислоты) применяется как флюс при пайке латунными и серебряными припоями. Легко растворяется в воде. При нагревании превращается в стекловидную массу. Температура плавления 741°С. Соли, образующиеся при пайке бурой, необходимо удалять механической зачисткой. Порошок буры следует хранить в герметически закрытых стеклянных банках.

Нашатырь (хлористый аммоний) применяется в виде порошка для очистки рабочей поверхности паяльника перед лужением.

Химически пассивные флюсы (бескислотные).

К бескислотным флюсам относятся различные органические вещества: канифоль, жиры, масла и глицерин. Наиболее широко в электро- и радиомонтажных работах применяется канифоль (в сухом виде или раствор ее в спирте). Самое ценное свойство канифоли, как флюса, заключается в том, что ее остатки после пайки не вызывают коррозии металлов. Канифоль не обладает ни восстанавливающими, ни растворяющими свойствами. Она служит исключительно для предохранения места пайки от окисления. Для приготовления спиртово-канифольного флюса берется одна весовая часть толченой канифоли, которая растворяется в шести весовых частях спирта. После полного растворения канифоли флюс считается готовым. При применении канифоли места пайки должны быть тщательно очищены от окислов. Часто для пайки с канифолью детали следует предварительно облуживать.

Стеарин не вызывает коррозии. Используется для пайки с особо мягкими припоями свинцовых оболочек кабелей, муфт и др. Температура плавления около 50°С.

В последнее время широкое применение получила группа флюсов ЛТИ, применяемых для пайки металлов мягкими припоями. По своим антикоррозийным свойствам флюсы ЛТИ не уступают бескислотным, но в то же время с ними можно паять металлы, которые раньше не поддавались пайке, например детали с гальваническими покрытиями. Флюсы ЛТИ могут применяться также для пайки железа и его сплавов (включая нержавеющую сталь), меди и ее сплавов и металлов с высоким удельным сопротивлением (см. табл. 6.1).

Таблица 6.1

Наименование	В весовых пропорциях
ЛТИ-1	ЛТИ-115	ЛТИ-120
Спирт-сырец или ректификат	67-73	63-74	63-74
Канифоль	20-25	20-25	20-25
Солянокислый анилин	3-7	—	—
Метафенилендиамин	—	3-5	—
Диэтиламин солянокислый	—	—	3-5
Триэтаноламин	1-2	1-2	1-2

При пайке с флюсом ЛТИ достаточно произвести очистку мест пайки только от масел, ржавчины и других загрязнений. При пайке оцинкованных деталей удалять цинк с места пайки не следует. Перед пайкой деталей с окалиной последняя должна быть удалена травлением в кислотах. Предварительное травление латуни не требуется. Флюс наносится на место спая с помощью кисточки, что можно сделать заблаговременно. Хранить флюс следует в стеклянной или керамической посуде. При пайке деталей сложного профиля можно применять паяльную пасту с добавлением флюса ЛТИ-120. Она состоит из 70—80 г вазелина, 20—25 г канифоли и 50—70 млг флюса ЛТИ-120.

Но флюсы ЛТИ-1 и ЛТИ-115 имеют один большой недостаток: после пайки остаются темные пятна, а также при работе с ними необходима интенсивная вентиляция. Флюс ЛТИ-120 не оставляет темных пятен после пайки и не требует интенсивной вентиляции, поэтому применение его значительно шире. Обычно остатки флюса после пайки можно не удалять. Но если изделие будет эксплуатироваться в тяжелых коррозийных условиях, то после пайки остатки флюса удаляются при помощи концов, смоченных спиртом или ацетоном. Изготовление флюса технологически несложно: в чистую деревянную или стеклянную посуду заливается спирт, насыпается измельченная канифоль до получения однородного раствора, затем вводится триэтаноламин, а затем активные добавки. После загрузки всех компонентов смесь перемешивается в течение 20—25 минут. Изготовленный флюс необходимо проверить на нейтральную реакцию с лакмусом или метилоранжем. Срок хранения флюса не более 6 месяцев.

При низкотемпературной пайке применяют в виде флюса канифоль и ее растворы, вазелин а также более активные флюсы, содержащие органические кислоты (олеиновую, молочную лимонную) и др.

При высокотемпературной пайке серебряными, медными и жаростойкими электродами применяют прокаленную буру Na₂B₄O₇ и ее смесь с борной кислотой. Для повышения активности флюса добавляют фтористые и хлористые соли металлов.

Клеевые соединения — это соединения неметаллическим веществом посредством поверхностного схватывания (адгезии) и внутренней межмолекулярной связи (когезни) в клеящем слое. Эти соединения в последние годы получили широкое при­менение.

Технология создания клеевых соединений состоит из подготовки склеиваемых поверхностей деталей путем очистки их от пыли, обез­жиривания и образования ше­роховатости зачисткой наж­дачной шкуркой или обработ­кой пескоструйным аппара­том; нанесения клея на эти поверхности и сборки деталей соединения; выдержки соеди­нения при требуемых давлении и температуре

Рис. 23.

Наиболее распространенные виды клеевых соединений (рис. 23) — нахлесточные (а), стыковые по косому срезу (в ус) (б) и с наклад­ками (б).

Достоинства клеевых соединений: возможность соединения де­талей из разнородных материалов, в том числе из тонколистовых, и не поддающихся сварке и пайке; герметичность, обеспечиваемая непрерывной клеевой пленкой; высокая коррозионная стойкость; хорошее сопротивление усталости.

Недостатки клеевых соединений: низкая прочность при неравномерном отрыве (отдире); ограниченная теплостойкость (лучшие клеи сохраняют достаточную прочность при температуре до 250°С); зависимость прочности соединения от сочета­ния материалов склеиваемых деталей, температуры склеивания и условий работы соединения; требование точной пригонки поверхно­стей склеиваемых деталей.

Прочность клеевого соединения зависит от марки клея, материалов соединяемых деталей, качества подготовки склеиваемых поверхностей деталей, режима склеивания и толщины клеевого шва. Толщина шва, зависящая от вязкости клея и давления при склеивании соединяемых деталей, рекомендуется в пределах 0, 05...0, 15 мм.

Применяемые в машиностроении клеи подразделяют на:

термореактивные — эпо­ксидные, полиэфирные, фенолоформальдегидные, полиуретановые;

термоплас­тичные на основе полиэтилена, поливинилхлорида; эластомеры на основе каучуков.

При нормальной температуре 18...20°С предел прочности на сдвиг большинства клеев 10...20 МПа (предельные достигае­мые значения 30...50 МПа); при 200... 250 °С снижается на 30...50 %.

Клеи на основе кремнийорганических соединений и неорганических полимеров (в частности, ВК2) обладают теплостой­костью до 700... 1000 " С, но меньшей проч­ностью и повышенной хрупкостью.

Предел выносливости клеевого соедине­ния при пульсационном цикле оценивают около 0, 7 временного сопротивления, при повторном ударном 0, 2.

Наряду с жидкими клеями применяют клеи в виде пленок, которые вкладывают между соединяемыми деталями, а потом нагревают и сжимают.

Если раньше инертные материалы, на­пример фторопласты, полиэтилен, не до­пускали склеивания, то теперь после спе­циальной поверхностной химической обра­ботки их склеивают обычными клеями.. Основным недостатком клеевых соедине­ний является их слабая работа на неравно-ядерный отрыв, что накладывает требова­ния на конструкцию соединений. Наиболее широко применяют соединения внахлестку, работающие на сдвиг. Стыковые соедине­ния для обеспечения прочности выполняют по косому срезу (на «ус») или предусмат­ривают накладки. При увеличении толщи­ны клеевого слоя прочность падает. Опти­мальная толщина слоя 0, 05...0, 15 мм.

Клеевые соединения могут упрочнять или полностью заменять соединения с на­тягом.

Для особопрочных соединений, испы­тывающих произвольную нагрузку, вклю­чая неравномерный отрыв, и вибрацион­ную нагрузку, применяют комбинирован­ные соединения, клеесварные и клеезаклепочные, клеерезьбовые.

Клеезаклепочные соединения прочнее клеесварных. Их обычно выпол­няют по незатвержденному (фенольному БФ-1, БФ-2 и др.) клею, что исключает необходимость сдавливания соединяемых листов при склеивании.

Успешно применяют клееболтовые со­единения.

Рассеяние энергии в клеевых соедине­ниях на 20—30 % больше, чем в обычных фрикционных.

При расчете на прочность нахлесточного клеевого соединения (рис. 4.1, а)размер нахлестки может быть определен из условия равнопрочности соединяемых деталей и клеевого шва:

где δ — толщина склеиваемых деталей; [σ _ρ ] — допускаемое напря­жение на растяжение этих деталей; [τ _р] — допускаемое напряжение на срез клеевого шва.

Расчет на прочность клеевых соединений аналогичен расчету сварных соединений. Обычно размер клеевого шва назначают в за­висимости от размеров соединяемых деталей и расчет шва на проч­ность осуществляют как проверочный. Соответственно расчет на прочность клеевого шва нахлесточного соединения (рис. 4.1, а)про­изводят по формуле

где τ _с — расчетное напряжение на срез в клеевом шве; F — сила, действующая на соединение; b — ширина соединяемых деталей. Допускаемое напряжение на срез шва можно принимать для клея БФ-2 [τ _с] = 15...20 МПа, для клея БФ-4 [τ _с]=25...30 МПа.

 

ЛЕКЦИЯ № 7.

ЛЕКЦИЯ № 8.

III. Предварительно затянутый болт дополнительно нагружен внешней осевой растягивающей силой; последующая затяжка болта отсутствует или возможна.

Этот вид нагружения самый распространенный, так как для большинства резьбовых соединений требуется предварительная затяжка болтов, обеспечивающая плотность соединения и отсутствие взаимных смещений деталей стыка, нарушающих работу соединения. К болтам этой категории относятся фланцевые, фундаментные и т. п.

Рис. 40.

После предварительной затяжки болта силой F₃ болт растягивается, а детали стыка сжимаются. При действии на болтовое соединение внешней силы F (рис. 40, а) только часть ее χ F дополнительно нагружает болт, а остальная часть (1—χ )Ρ идет на частичную разгрузку деталей стыка от сжатия (рис.40, б). Коэффициент χ, учитывающий долю внешней нагрузки F, приходящуюся на болт, называется коэффициентом внешней (основной) нагрузки.

Так как задача о распределении силы F между болтом и стыком статически неопределима, то она решается с помощью условия совместности деформаций. При действии на соединение внешней силы F до раскрытия стыка сжатие соединяемых болтом деталей уменьшается на столько, на сколько болт растягивается, т. е.

(8.5)

где — коэффициент податливости соединяемых болтом деталей; -коэффициент податливости болта, т. е. удлинение болта при растяжении под действием силы в 1 Н. Из уравнения (8.5) следует, что коэффициент внешней нагрузки

Коэффициент податливости болта

где l— длина деформируемой части стержня болта, принимаемая равной толщине сжимаемых болтом соединяемых деталей; А — площадь поперечного сечения стержня болта (для ступенчатого стержня средняя приведенная площадь сечения); Ε — модуль упругости материала болта.

Для определения коэффициента податливости соединяемых деталей пользуются методом, предложенным проф. И. И. Бобарыковым.

По И. И. Бобарыкову, деформации соединяемых деталей распространяются на так называемые конусы давления (рис. 41), наружный диаметр а меньших оснований которых представляет собой соответственно наружный диаметр опорной поверхности гайки (головки болта, пружинной шайбы и т. д.), а образующие наклонены под углом α = 45°. Новейшими исследованиями установлено, что угол α < 45°. Рекомендуется принимать tgα = 0, 5. Для упрощения расчетов конус заменяют цилиндром, наружный диаметр которого равен среднему диаметру конуса. Коэффициент податливости соединяемых деталей

Рис. 41

где h₁, h₂, ..., h_n — толщина соединяемых деталей; А₁ А₂, . .., А_п -— площади поперечных сечений конусов давления (цилиндров) соответствующих деталей; Е₁, Е₂, ..., Е_п — модули упругости материалов этих деталей.

Для соединения, показанного на рис. 6.21, а,

а для соединения, представленного на рис. 6.21, б, при одинаковых материалах соединяемых деталей

Предыдущая12345678910111213141516Следующая

Поделиться:

Популярное:

1. CASE технологии проектирования информационных систем на основе языка UML в программной среде Rational Rose.
2. для курсового проектирования
3. Для курсового проектирования по курсу «Статистика»
4. Защита отдельных линий, установок и машин.
5. Из каких подэтапов состоит этап проектирования
6. Методы и средства проектирования АИС
7. Методы проектирования структур
8. Обязанности участников дипломного проектирования
9. ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА ПРОЕКТИРОВАНИЯ
10. ОРГАНИЗАЦИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
11. Основные положения проектирования гибких фундаментов.