Резьбовые соединения

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 5

3. Резьбовые соединения

Основным элементом резьбового соединения является резьба.

В зависимости от формы профиля резьбы делятся на пять основных типов:

- треугольная;

- трапецеидальная;

- упорная;

- прямоугольная;

- круглая.

В зависимости от направления винтовой линии резьбы бывают: правая и левая.

По назначению резьбы делятся на:

- крепежные (треугольная);

- крепежно-уплотняющая (треугольно-дюймовая);

- для передачи движения в винтовых механизмах (трапецеидальная).

Параметры резьбы:

d – наружный диаметр;

d₁ − внутренний диаметр;

d₂ − средний диаметр,

d₂= (d₁+d)/ 2; (10.7)

p – шаг резьбы;

Р_z – ход резьбы (для однозаходной резьбы Р_z =p; (для многозаходной − Р_z=z·p);

z – число заходов;

Типы резьбы:

- крепежная (метрическаяс крупным и мелким шагом);

- дюймовая (применяется при ремонте импортных машин);

- трубная (является мелкой дюймовой резьбой – применяется для соединения труб);

- трапецеидальная (применяется в передаче винт – гайка);

- упорная (применяется в прессах, домкратах);

- прямоугольная (применяется ограниченно в малонагруженных передачах винт-гайка);

- круглая (применяется при тяжелых условиях эксплуатации в загрязненной среде).

Болты, винты, шпильки, гайки, шайбы относятсяккрепежным изделиям.

Наиболее распространенной является метрическаякрепежная резьба. Она делится на резьбу с крупным и мелким шагом. Профиль ее в виде равностороннего треугольника (угол профиля ).

Резьба с крупным шагом является основной крепежной, она менее чувствительна к изнашиванию и неточности изготовления.

Резьба с мелким шагом меньше ослабляет деталь и имеет большой коэффициент самоторможения.

Она применяется в резьбовых соединениях со знакопеременной нагрузкой и в тонкостенных деталях.

Введение. Взаимодействие деталей между собой называют связями. Эти связи делятся на подвижные (шарниры, зубчатые зацепления, подшипники, ременные и цепные передачи) и неподвижные (заклепочные, сварные и другие). Неподвижные связи в технике называют соединениями. Соединения состоят из соединительных деталей и прилегающих частей соединяемых деталей, форма которых подчинена задаче соединения. В отдельных конструкциях специальные соединительные детали могут отсутствовать. Различают два вида соединений – неразъемные, при которых разъем деталей возможен только разрушением, и разъемные. Первый вид соединений осуществляется заклепочными и сварными швами. По назначению заклепочные соединения подразделяются на прочные, плотные и прочноплотные. Прочные соединения применяют при сборке и монтаже колонн, ферм, балок; плотные - цистерн, резервуаров; прочноплотные - для изготовления емкостей, находящихся под давлением. Заклепка представляет собой цилиндрический стержень с выштампованной закладной головкой из круглой калиброванной стали. Формы головок бывают: полукруглая, полу потайная, коническая. В процессе клепки на втором конце стержня формируется замыкающая головка. Сварное соединение – неразъёмное соединение, выполненное сваркой, т.е. путём установления межатомных связей между свариваемыми частями при нагревании или пластическом деформировании. Сварные соединения являются наиболее распространёнными и совершенными из неразъёмных соединений, так как лучше других обеспечивают условия равнопрочности, снижения массы и стоимости конструкции. Сварные соединения по сравнению с заклепочными обладают рядом существенных преимуществ: простота соединения, экономия металла, отсутствие ослабления деталей отверстиями, быстрота соединения и возможность автоматизации процесса сварки. В данной работе я сравню данные соединения по назначению и расчету. 1. Назначение и классификация заклепочных соединений. Заклёпочное соединение — неразъёмное соединение деталей при помощи заклёпок. Обеспечивает высокую стойкость в условиях ударных и вибрационных нагрузок. На современном этапе развития технологии уступает место сварке и склеиванию, обеспечивающим большую производительность и более высокую прочность соединения. Однако, по-прежнему находит применение в следующих случаях: в соединениях, где необходимо исключить изменение структуры металла, коробление конструкции и перегрев расположенных рядом деталей; соединение разнородных, трудно свариваемых и не свариваемых материалов; в соединениях с затруднительным доступом и контролем качества; в случаях, когда необходимо предотвратить распространение усталостной трещины из детали в деталь. Большинство соединений в самолётах по-прежнему выполняется клёпкой. Заклепочные соединения состоят из двух или нескольких листов или деталей, соединяемых (склепываемых) в неразъемную конструкцию с помощью заклепок Заклепкой называют круглый стержень, имеющий сформированную закладную головку на одном конце и формируемую в процессе клепки замыкающую головку на другом его конце. При этом детали сильно сжимаются, образуя прочное, неподвижное неразъёмное соединение. Форма и размеры заклепок регламентированы стандартом. Заклепочным швом называют соединение, осуществляемое группой заклепок. Двухрядное заклёпочное соединение Отверстия под заклепки в деталях продавливают или сверлят. При продавливании образуются мелкие трещины по периферии отверстий. Трещины могут быть причиной разрушения заклепочного шва во время работы. Продавленные отверстия применяют в малоответственных конструкциях. Сверление– процесс малопроизводительный и дорогой. Сверленые отверстия применяют в конструкциях, где требуется высокая надежность. При больших диаметрах отверстий практикуют продавливание с последующим рассверливанием. Каждая заклепка имеет свою зону действия D, на которую распространяется деформация сжатия в стыке деталей. Если зоны действия соседних заклепок пересекаются, то соединение будет плотным. Вследствие пластических деформаций в процессе клепки стержни заклепок заполняют отверстия и заклепки стягивают соединяемые детали. В результате относительному сдвигу склепанных деталей оказывают сопротивление, как стержни заклепок, так и силы трения, возникающие на поверхности стыка. Для обеспечения плотности шва иногда выполняют чеканку (пластическое деформирование листов, например, пневматическими молотками) вокруг заклепок и по кромкам листов. Заклепки поставляются как готовые изделия. В настоящее время в связи с бурным развитием сварки заклепочные соединения имеют ограниченное применение (в конструкциях, для которых методы сварки и склеивания еще недостаточно разработаны или мало эффективны, а также в соединениях, работающих при больших вибрационных или ударных нагрузках при высоких требованиях к надежности соединения). Также в соединениях окончательно обработанных деталей, в которых применение сварки недопустимо из-за их коробления при нагреве. Большой объем клепально-сборочных работ производится при изготовлении летательных аппаратов. Некоторые самолеты имеют более миллиона заклепок. Заклепочные соединения находят применение в подъемно-транспортных машинах, в строительстве железнодорожных мостов, котлостроении и т. п. Заклепки должны соответствовать требованиям, установленным техническими условиями. Поверхность заклепок должна быть гладкой, чистой, не иметь трещин, расслоений, плен, раковин, пузырей, коррозии и прочих дефектов. По размерам и допускам заклепки должны удовлетворять требованиям соответствующих нормалей на заклепки. Стержни заклепок должны быть прямыми и круглого сечения. На головках заклепок допускаются лыски, появляющиеся в результате неполного обжатия головок. Заклепочные швы классифицируют: - по назначению — прочные швы (мостовые и крановые фермы, самолеты и т. д.), обеспечивающие прочность соединения, прочноплотные (в котлах и резервуарах с высоким давлением), плотные (в резервуарах с небольшим внутренним давлением), обеспечивающие прочность и герметичность; - по взаимному расположению склепываемых деталей - швы встык с одной или двумя накладками и швы внахлестку; - по числу рядов (для швов встык число рядов учитывается по одну сторону стыка) — однорядные и многорядные; - по расположению заклепок в рядах — параллельные и шахматные швы; - по условиям работы (по числу плоскостей среза) — односрезные швы — с одной плоскостью среза в каждой заклепке и многосрезные — с несколькими плоскостями среза каждой заклепки (двухсрезные). 2. Расчет заклепочных соединений. На рис.1 показано соединение двух листов заклепками (соединение внахлестку). Соединение разрушается в результате перерезывания заклепок по линии соприкосновения листов. Если разрушение каждой заклепки происходит по одной плоскости среза, то заклепочное соединение называется односрезным, если по двум плоскостям, то соединение называется двухсрезным и т.д. Рис.1 Учитывая большие трудности, связанные с определением действительного напряженного состояния материала заклепки в зоне разрушения, для упрощения задачи принимаем, что по плоскостям среза действуют только касательные напряжения, которые распределяются по поверхности среза равномерно. Второе допущение устанавливает, что при действии статической нагрузки можно принимать поперечную силу в каждой заклепке равной: где P - сила, действующая на соединение; n - число заклепок. Приняв указанные допущения, получим условие прочности заклепок на срез: где F=?d2/4 - площадь поперечного сечения заклепки диаметром d, [?]?(0.6?0.8)[?] - допускаемое касательное напряжение. При двухсрезном или многосрезном заклепочном соединении вместо n в формулу следует подставлять общее число срезов заклепок, расположенных по одну сторону стыка. Кроме расчета на срез заклепочные соединения рассчитывают также на смятие. Проверяют напряжения смятия по площади соприкосновения соединяемых листов и заклепок. С целью приближенного расчета истинная эпюра распределения сжимающих напряжений смятия заменяется приближенной равномерной эпюрой (рис.2). Площадь смятия одной заклепки принимают равной Fсм=dt, где t - толщина соединяемых листов. Рис.2 Условие прочности на смятие имеет следующие вид: где [?см]?(0.5?0.6)[?] - допускаемое напряжение на смятие. В случае склепывания внахлестку двух листов различной толщины надо принимать t=tmin. Кроме расчета на срез и смятие составляют также условие прочности листа на разрыв: где F1 - площадь сечения листа по ряду заклепок в направлении, перпендикулярном линии действия силы P; - число заклепок в этом сечении; b - ширина листа. 3. Назначения и классификация сварных соединений. Сварка — это технологический процесс получения неразъемного соединения металлических или неметаллических деталей с применением нагрева (до пластического или расплавленного состояния), выполненного таким образом, чтобы место соединения по механическим свойствам и своему составу по возможности не отличалось от основного материала детали. Основные виды электросварки — дуговая, газовая и контактная. Дуговая сварка - наиболее распространенный вид. Применяется везде, где есть источники электроэнергии. Разновидности дуговой сварки:- ручная сварка; этот метод сварки отличается низкой производительностью, но легко доступен для применения;- полуавтоматическая сварка под слоем флюса; применяется для конструкций с короткими прерывистыми швами;- автоматическая сварка под слоем флюса; этот метод сварки высокопроизводителен и экономичен, дает хорошее качество шва, применяется в крупносерийном и массовом производстве. Газовая сварка применяется в основном там, где нет источников электроэнергии, например, при ремонте в полевых условиях. Контактная сварка применяется в серийном и массовом производстве при нахлесточном соединении тонкого листового металла (точечная, роликовая) или при стыковом соединении круглого и полосового (стыковая сварка). При контактной сварке (сварка давлением) присадочный материал не применяют. Контактная сварка основана на использовании тепла, выделяющегося в месте соприкосновения свариваемых деталей (например, при прохождении через них электрического тока). Сварка производится с применением механического давления, под действием которого детали, предварительно нагретые в месте соединения (контакта) до пластического состояния или оплавления, образуют сварной шов. При соединении деталей с помощью сварки плавлением к расплавляемой области подводят присадочный материал, который заполняет свариваемое место. Затвердевший после сварки металл, соединяющий сваренные детали, называют сварным швом. Сварным соединением называют неразъемное соединение деталей с помощью сварных швов. Если в заклепочном соединении соединяющим элементом является заклепка, то в сварных - расплавленный металл, создающий при остывании неразъемное соединение, то есть такое, которые не может быть разобрано без повреждения деталей. Сварные соединения лучше других приближают составные детали к целым и позволяют изготавливать детали неограниченных размеров. Прочность сварных соединений при статических и ударных нагрузках доведена до прочности деталей из целого металла. Освоена сварка всех конструкционных сталей, включая высоколегированные, цветных сплавов и пластмасс. Масса сварных конструкций при тех же габаритах значительно меньше клепаных (на 15%). Экономия металла достигается за счет использования полной площади сечения, а также возможности более рационального конструирования (например, применения стыковых соединений в тех случаях, когда при заклепочном соединении приходится применять накладки). Сварные швы классифицируют по следующим признакам: - по назначению — прочные (обеспечивают передачу нагрузки с одного элемента на другой); прочноплотные (обеспечивают передачу нагрузки герметичность соединения — непроницаемость для жидкостей и газов); - по расположению сварного шва в пространстве (рис. 3) — нижнее (а); вертикальное (в), горизонтальное (б); потолочное (г). При всех прочих равных условиях нижний шов самый прочный, потолочный — наименее прочный (значения прочности указанных выше швов относятся как 1:0,85; 0,9:0,8). Рис. 3 По взаимному расположению свариваемых элементов различают следующие виды соединений: - стыковые (рис.4); - нахлесточные, лобовые (рис. 5, а); фланговые (рис. 5, б); - с накладками (рис. 6); - тавровые (рис. 7, а, б). Свариваемые элементы располагаются во взаимно перпендикулярных плоскостях. Соединение может быть выполнено угловыми (рис.7, а) или стыковыми (рис. 7, б) швами. - угловые (рис. 7 в, г). Применяются для изготовления тары из листовой стали, ограждений и др. Выполняются угловыми швами. Эти соединения передают малые нагрузки и поэтому не рассчитываются на прочность. Рис.4. Стыковое соединение Рис. 5. Нахлесточное соединение: а — соединение лобовыми швами; б — соединение фланговыми швами Рис. 6. Соединения с накладками Рис. 7. Соединения тавровые и угловые Стыковые соединения выполняют так называемыми стыковыми швами, а остальные — угловыми. Нахлесточные соединения и соединения с накладками сваривают угловыми швами. По своей прочности нахлесточные соединения уступают стыковым. Их применяют, когда по конструктивным соображениям стыковые швы применить невозможно. Соединения с накладками применяют, когда сварные швы не обеспечивают необходимой равнопрочности. В конструкциях, подверженных действию вибрационных и знакопеременных нагрузок, нахлесточные соединения и соединения с накладками применять не рекомендуется (создается значительная концентрация напряжений). Для обеспечения нормальных условий работы нахлесточных соединений размер перекрытия шва (нахлестку) принимают lп < 48 (см. рис. 5, а). Длину накладок принимают конструктивно. В настоящее время сварные соединения почти полностью вытеснили заклепочные соединения. Сварка применяется для соединения элементов сосудов, испытывающих давление (резервуары, котлы); для изготовления турбин, доменных печей, мостов, химической аппаратуры; с помощью сварки изготовляют станины, рамы и основания машин, корпуса редукторов, зубчатые колеса, шкивы, звездочки, маховики, барабаны и т. д. Сварку широко применяют как способ получения заготовок деталей из проката в мелкосерийном и единичном производстве, а также в ремонтном деле. 4. Расчет сварных соединений. Расчет стыковых соединений. Швы этих соединений работают на растяжение или сжатие в зависимости от направления действующей нагрузки (рис.8, а и б). Основным критерием работоспособности стыковых швов является их прочность. Соединение разрушается в зоне термического влияния и рассчитывается по размерам сечения детали по напряжениям, возникающим в материале детали. Рис. 8. К расчету стыковых соединений Проверочный расчет прочности шва на растяжение. Условие прочности: (1) Где , — расчетное и допускаемое напряжения на растяжение для шва (табл.1); F — нагрузка, действующая на шов; ? — толщина детали (толщину шва принимают равной толщине детали); lш — длина шва. Проектировочный расчет. Целью этого расчета является определение длины шва. Исходя из основного условия прочности (1), длину стыкового шва при действии растягивающей силы определяют по формуле: (2) Таблица 1. Допускаемые напряжения для сварных соединений деталей из низко- и среднеуглеродистых сталей при статической нагрузке Вид деформации, напряжение

Автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом	Ручная дуговая электродами
Автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом	Э50А, Э42А	Э50, Э42
Растяжение			0,9[?]р
Сжатие
Срез

Расчет угловых швов нахлесточных соединений. При действии осевой растягивающей (или сжимающей) силы считают, что срез угловых швов происходит по сечению I-I (рис.9), проходящему через биссектрису прямого угла.

Рис. 9. К расчету соединения внахлестку. Лобовой шов
Опасным напряжением считают касательное напряжение, и расчет ведут на срез (напряжениями изгиба пренебрегают). Для нормальных угловых швов длина биссектрисы:
(3)
где h — длина биссектрисы (высота шва в опасном сечении); К — катет шва (принимается не менее 3 мм).
Проверочный расчет. Условие прочности одностороннего лобового шва на срез:
(4)
где — расчетное и допускаемое напряжения среза для шва (см. табл.1); lш — длина шва; F — нагрузка, действующая на шов.
Проектировочный расчет. Длину одностороннего лобового углового шва (см. рис. 8) при осевом нагружении определяют по формуле:
(5)
длина двустороннего лобового углового шва:
(6)
Фланговые угловые швы рассчитывают по уравнению (6), т. е. аналогично рассмотренному случаю расчета двустороннего лобового шва. Во фланговых швах нагрузка по длине шва распределяется неравномерно (по концам шва увеличивается), поэтому длину фланговых швов стараются ограничить. l_ш < (50 ? 60)К.
Расчет точечных сварных соединений. Для сваривания тонкостенных листовых конструкций часто используются точечные сварные соединения. Такие соединения проверяют на срез. Условие прочности имеет вид:

(7)
где d – диаметр сварных точек; z – число сварных точек.
Расчет тавровых швов. Рассмотрим наиболее характерные случаи нагружения тавровых швов, которые могут встречаться также и в комбинациях.

Рис. 10
а) нагрузка моментом в плоскости шва
Если привариваемая деталь круглая (рис.10, а) (шов круглый кольцевой), то расчет шва проводится на кручение в кольцевом сечении, расположенном под углом 45° к основанию шва.

где - полярный момент инерции расчетного сечения;

R - расстояние до наиболее удаленного от центра волокна, сечения шва.
Если сечение шва не круглое (рис.10, б), то оно всё же условно рассчитывается по уравнение кручения для круглых стержней. В этом случае принято пренебрегать возникающим при такой расчетной схеме короблением сечения и нелинейный характером эпюр напряжений:

где - условный полярный момент инерции сечения; - допускаемое напряжение кручения для наплавленного металла шва.
б) внецентренно приложенная нагрузка или нагрузка моментом

Рис. 11
Нагрузка состоит из изгибающего момента M = M₀ или M = Pl и перерезывающей силы Р (при нагрузке только моментом M₀перерезывающая сила отсутствует). Шов рассчитывается на изгиб и срез, но не по нормальным, а по касательным напряжениям в наклонных сечениях под углом 45° к основанию шва. Полное касательное напряжение равно векторной сумме напряжений от момента и перерезывающей силы

;

.
Последовательность проектировочного расчета сварных соединений.
1. Выбирают конструкцию шва (стыковой, угловой), вид сварки и марку электродов.
2. Определяют допускаемые напряжения для сварного соединения (см. табл.1).
3. По формулам (2), (5), (6) определяют длину шва.
4. При соединении комбинированными швами определяют длину лобовых и фланговых швов.
5. Вычерчивают сварное соединение и уточняют размеры соединяемых деталей.

Выводы
Достоинства и недостатки заклепочных соединений по сравнению с другими видами неразъемных соединений.
Достоинства:
- высокая надежность соединения; - удобство контроля качества клепки; - повышенная сопротивляемость ударным и вибрационным нагрузкам; - возможность соединения деталей из трудносвариваемых металлов, например из алюминия; - не дают температурных деформаций; - детали при разборке не разрушаются.
Недостатки:
- высокая стоимость, так как процесс получения заклепочного шва состоит из большого числа операций (разметка, продавливание или сверление отверстий, нагрев заклепок, их закладка, клепка) и требует применения дорогостоящего оборудования (станки, прессы, клепальные машины). - повышенный расход материала для этого соединения (из-за ослабления соединяемых деталей отверстиями под заклепки требуется увеличение их толщины, применение накладок и т. п.); - детали ослаблены отверстиями; - высокий шум и ударные нагрузки при изготовлении; - невозможность соединения деталей сложной конфигурации.
В настоящее время в связи с бурным развитием сварки заклепочные соединения имеют ограниченное применение (в конструкциях, для которых методы сварки и склеивания еще недостаточно разработаны или мало эффективны, а также в соединениях, работающих при больших вибрационных или ударных нагрузках при высоких требованиях к надежности соединения). Также в соединениях окончательно обработанных деталей, в которых применение сварки недопустимо из-за их коробления при нагреве.
Достоинства и недостатки сварных соединений по сравнению с заклепочными .
Достоинства:
- простота конструкции сварного шва и меньшая трудоемкость в изготовлении, обусловленной сравнительной простотой технологического процесса сварки.
- значительное снижение массы конструкции при тех же габаритах. При замене заклепочных соединении сварными экономия в весе получается за счет отказа от применения различных накладок, необходимых в заклепочных соединениях, а также части веса самих заклепок; при замене литых деталей сварными конструкциями вес их уменьшается за счет более высоких механических свойств прокатного металла.
- возможность соединения деталей любых форм;
- герметичность и плотность соединения;
- бесшумность технологического процесса сварки;
- возможность автоматизации сварочного процесса;
- сварное соединение дешевле заклепочного.
- соединение деталей может выполняться встык без накладок.
- возможность сварки толстых профилей.
Недостатки:
- возникновение остаточных напряжений в свариваемых элементах;
- коробление деталей из-за неравномерного нагрева в процессе сварки;
- зависимость качества шва от исполнителя и трудность контроля; применение автоматической сварки устраняет этот недостаток.
- склонность к образованию трещин в местах перехода от шва к цельному металлу вследствие термических напряжений, возникающих при остывании. Трещины особенно опасны при динамических нагрузках (вибрационных и ударных), поэтому в таких случаях сварные швы стараются не применять, заменяя их заклепочными соединениями. Термические напряжения могут быть частично или полностью устранены термообработкой сварного соединения (низкотемпературным отжигом). Термическая обработка исключает также последующее коробление сварных конструкций.
Из вышесказанного можно сделать вывод, что в настоящее время сварные соединения почти полностью вытеснили заклепочные соединения. Сварка применяется для соединения элементов сосудов, испытывающих давление (резервуары, котлы); для изготовления турбин, доменных печей, мостов, химической аппаратуры; с помощью сварки изготовляют станины, рамы и основания машин, корпуса редукторов, зубчатые колеса , шкивы, звездочки, маховики, барабаны и т. д. Сварку широко применяют как способ получения заготовок деталей из проката в мелкосерийном и единичном производстве, а также в ремонтном деле.

3. Самостоятельно законспектировать в тетради и предоставить для отчета.

.

⇐ Предыдущая 1 2 3 45