Соединения контактной сваркой. Общие сведения, расчет.

Контактная сварка основана на использовании повышенного омического сопротивления в стыке деталей и осуществляется несколь­кими способами.

При стыковой сварке через детали пропускают ток, сила которого достигает нескольких тысяч ампер. Основное количество теплоты вы­деляется в месте стыка, где имеется наибольшее сопротивление; ме­талл в этой зоне разогревается до пластического состояния или даже до поверхностного оплавления. Затем ток выключают, а разогретые детали сдавливают с некоторой силой — происходит сварка металла деталей по всей поверхности стыка. Этот вид сварки рекомендуют применять для стыковых соединений деталей, площадь поперечного сечения которых сравнительно невелика.

При точечной сварке соединение образуется не по всей поверх­ности стыка, а лишь в отдельных точках, к которым подводят элект­роды сварочной машины.

При шовной сварке узкий непрерывный или прерывистый шов расположен вдоль стыка деталей. Эту сварку вы­полняют с помощью электродов, имеющих форму дисков, которые катятся в направлении сварки. Точечную и шовную сварку приме­няют в нахлесточных соединениях преимущественно для листовых деталей толщиной не более 3...4 мм и тонких стержней арматурных сеток. В отличие от точечной шовная сварка образует герметичное соединение.

Все рассмотренные виды контактной сварки – высокопроизводи­тельны, их широко применяют в массовом производстве для сварки труб, арматуры, кузовов автомобилей, металлической обшивки же­лезнодорожных вагонов, корпусов самолетов, тонкостенных резервуа­ров и т. п.

Сварное соединение является наиболее совершенным, из неразъем­ных соединений, так как лучше других приближает составные де­тали к цельным. При сварном соединении проще обеспечиваются ус­ловия равнопрочности, снижения массы и стоимости изделия.

Сварку применяют не только как способ соединения деталей, по и как технологический способ изготовления самих деталей. Свар­ные детали во многих случаях с успехом заменяют литые и кованые. Это значительно снижает их стоимость при единичном и мелкосерийном производстве. Сварка таких изделий, как зубчатые колеса или коленчатые валы, позволяет изготовлять их более ответст­венные части (венец, шейка) из высокопрочных сталей, а менее от­ветственные (диск и ступица колеса, щека коленчатого вала) из де­шевых материалов. По сравнению с литыми деталями сварные до­пускают меньшую толщину стенок, что позволяет снизить массу де­талей и сократить расход материала.

Стыковое соединение во многих случаях является наиболее про­стым и надежным. Его следует применять везде, где допускает кон­струкция изделия.

Практикой установлено, что при ка­чественном выполнении сварки разру­шение соединения стальных дета­лей происходит преимущественно в зоне термического влияния Поэтому расчет прочности стыкового соеди­нения принято выполнять по разме­рам сечения детали в этой зоне Воз­можное снижение прочности деталей, связанное со сваркой, учитывают при назначении допускаемых напряжений.

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

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.

Точечные сварные соединения чаще применяют не как рабочие, воспринимающие основную нагрузку, а как связующие.

Шовная сварка (рис. 3.19). Напряжения среза

Концентрация напряжений в швах меньше, чем при точечной сварке.

 

14. Соединение деталей с гарантированным натягом. Общие сведения, применение. ___Усилия запрессовки и распрессовки.

Соединение двух деталей по круговой цилиндрической поверх­ности можно осуществить непосредственно без применения болтов, шпонок и т. д. Для этого достаточно при изготовлении деталей обес­печить натяг посадки, а при сборке запрессовать одну деталь в другую.­

Натягом N называют положительную разность диаметров вала.

После сборки вследствие упругих и пластических деформаций диаметр d посадочных поверхностей становится общим. При этом на поверхности посадки возникают удельное дав­ление р и соответствующие ему силы трения. Силы трения обеспечи­вают неподвижность соединения и позволяют воспринимать как крутящие, так и осевые нагрузки.

Нагрузочная способность прессового соединения прежде всего за­висит от натяга, значение которого устанавливают в соответствии с нагрузкой. Практически расчетный натяг очень невелик, он изме­ряется микрометрами и не может быть выполнен точно. Неизбежные погрешности производства приводят к рассеиванию натяга, а следо­вательно, и к рассеиванию нагрузочной способности соединения.

Сборку любого прессового соединения выполняют одним из трех способов: прессованием, нагревом втулки, охлаждением вала.

Прессование — распространенный и несложный способ сборки.
Однако этому способу свойственны недостатки: смятие и частичное срезание (шабровка) шероховатостей по­садочных поверхностей.

Шабровка поверхностей контакта устраняется полностью при сборке по методу нагревания втулки (до 200...4000С) или охлаждения вала (твердая углекислота — 790С, жидкий воздух — 19б0С). Недо­статком метода нагревания является возможность изменения струк­туры металла, появление окалины и коробления. Метод охлаждения свободен от этих недостатков.

Из рассмотренного следует, что прессовое соединение относится к группе неразъемных и предварительно напряженных.

Однако в зависимости от натяга и технологии сборки могут быть получены соединения, сохраняющие свою работоспособность при повторных сборках.

Оснозное положительное свойство прессового соединения — его про­стота и технологичность. Это обеспечивает сравнительно низкую стоимость соединения и возможность его применения в массовом производстве. Хорошая центровка деталей и распределение нагрузки по всей посадочной поверхности позволяют использовать прессовое соединение для скрепления деталей современных высокоскоростных машин.

С помощью прессовых посадок с валом соединяют зубчатые колеса, маховики, подшипники качения, роторы электро­двигателей, диски турбин и т. п. Прессовые посадки используют при изготовлении составных коленчатых валов, червячных колес. На практике часто применяют комбинацию прессовою соединения со шпоночным.

Сила запрессовки увеличивается пропорционально взаимному перемещению деталей в связи с ростом площади контакта.

Расчет прочности и деформации деталей в соединениях с гарантированным натягом.

Расчет прочности и деформации деталей в соединениях с гарантированным натягом вы­полняют по формулам для толсто­стенных цилиндров. Давление р при рас­чете прочности деталей определяют по максимально­му натягу:

, N – расчетный натяг, u – поправка на срезание и сглаживание шероховатостей.

Приведенная зависимость спра­ведлива только в пределах упругих деформаций. Условие, при котором в деталях не будет пластических деформаций (по теории наибольших касательных напряжений)

где σ1 – максимальное, а σ 3 – минимальное нормальные напряже­ния, считая растяжение положительным; σ Т – предел текучести материала.

Нетрудно установить, что наибольшие эквивалентные напряже­ния σЭК имеют место в точках внутренних поверхностей втулки и вала. При этом для втулки σ1 = σt2; σ3 = – σr = – р и условия отсут­ствия пластических деформаций.

, где σТ2 – предел текучести материала втулки.

Появление пластических деформаций не является во всех случаях
недопустимым. Опыт применения прессовых посадок свидетельст­вует о том, что надежные соединения могут быть получены и при
наличии некоторой кольцевой пластической зоны вблизи внутренней
поверхности втулки. Давление на поверхности контакта при наличии
пластических деформаций можно определять по приближенным формулам:

при N ≤ 1,5 NТ р = р (2NТ – N)/NТ,

при N > 1,5 NТ р = 0,5 рТ,

где NТ и рТ – расчетный натяг и давление, соответствующие пределу текучести.