Штифтовые, шпоночные, шлицевые соединения и их расчёт.

Штифты в приборостроении используются для соединений деталей и фиксации взаимного точного расположения деталей, сохраняющегося при повторных сборках. Различают соединения с цилиндрическими штифтами. Для предохранения штифтовых соединений применяются пружинные кольца или кернение:

Необходимые размеры штифтов определяют исходя из условий расчёта на срез и смятие. Поскольку на соединение действует осевая сила Fa и крутящий момент Mкр, поэтому . А из условия расчёта на смятие d=2Мкр/(D1-D)^2[sсм], где sсм-допустимое напряжение на смятие.

Для фиксации взаимного расположения применяют специальные штифты - установочные. Для повышения точности фиксации следует увеличить расстояние между штифтами. Т.к. необходима высокая точность изготовления и обработки посадочных соединений под штифты, такие соединения получаются дорогими. Для удешевления применяют усечённые и трубчатые штифты, а так же шплинты. Рассечённые штифты не требуют точной обработки отверстий и отличаются повышенной прочностью сцепления с материалом детали, но менее точно фиксируют детали, поэтому их не применяют при частых разборках соединений. В некоторых случаях штифты заменяют шплинтами, а так же м.б. применены специальные шайбы. Применяют штыковые (байонетные) соединения.

Шпоночные и шлицевые соединения применяют для предохранения деталей, закрепляемых на валах, от проворачиания.

Шпоночные соединения выполняют с помощью вспомогательных деталей-шпонок.

Указанные шпонки образуют ненапряжённые соединения, обеспечивающие передачи только крутящих моментов.

Шпонки применяют так же в кач-ве направляющих, обеспечивающих лёгкое перемещение деталей вдоль вала, имеющего соответственно проделанный паз. У шпонок нагрузку принимают боковые поверхности, поскольку соединение осуществляют по соответствующим посадкам (ISO). Размеры шпонок подбирают в соответствии со стандартом по диаметру вала. Прочность: , где d-диаметр вала, b-ширина шпонки, l-длина шпонки. При больших нагрузках ставят несколько шпонок в ряд. Цилиндрические шпонки не стандартизованы. Их размеры выбирают исходя из размеров соединяемых деталей.

Шлицевые соединения, образуемые между выступами-шлицами вала и соответствующими впадинами. Применяют для передачи больших крутящих моментов.

По форме поперечного сечения шлицевые соединения делятся на прямобочные(выполняют с центрированием по внутреннему диаметру d, наружному диаметру D и боковым поверхностям шлицев), эвольвентные, треугольные.

Соединения пайкой.

Их получают с помощью дополнительного материала, называемого припой. Путем нагрева места соединения до температуры плавления припоя. Соединение происходит вследствие растворения и диффузии основного материала и припоя. Так как температура плавления припоя достаточно низкая, пайка не вызывает изменение механических свойств паяемого материала и не сопровождается появлением значительных напряжений. С помощью пайки соединяются детали не только из черных и цветных металлов, но и со стеклом, с керамикой и другими материалами. Хорошее качество соединения получается при обеспечении надлежащей чистоты соединяемых поверхностей. Пайка осуществляется с помощью флюсов, которые образуют не только жидкую и газообразную среду, но с способствуют очищению, улучшают смачиваемость поверхностей, обеспечивается лучшее затекание припоя в зазоры.

После пайки место соединения должно тщательно промываться щелочным раствором для удаления кислотных остатков, которые входят в состав флюса.

Низкотемпературные припои не обеспечивают прочности, поэтому такие соединения надо разгружать от действия нагрузок. При использовании высокотемпературных припоев прочность соединения сравнима с прочностью соединяемых деталей. При пайке стекла и керамики с металлом сначала создают промежуточный слой вжиганием, либо химическим осаждением металла.

 

11. Конструктивные варианты паянных и сварных соединений и их расчет.

Виды паяльных соединений:

1). Встык – малые габариты, малая прочность.

2). Внахлестку – Высокая прочность, повышенные габариты.

3). Вскос – большая трудоемкость.

Виды сварных соединений:

1). Стыковые – при соответствующей обработке кромок соединяемых деталей обеспечивается хорошая проварка и прочность. Если толщина свариваемых деталей меньше 1 мм, то производят отбортовки. Для уменьшения концентрации напряжений при неравномерном стыковании шва, площади деталей должны быть примерно равны.

2). Нахлесточные – применяются при соединении листовых материалов.

3). Угловые

Сварные соединения обозначаются в соответствие с ГОСТ. Допускается не отмечать швы линиями-вырезками, а занести указания по сварке в технических чертежах. Слабыми участками в сварочных соединениях могут быть швы, зоны термического влияния и оплавления. При конструировании сварных соединений необходимо обеспечить равную прочность шва с основным материалом. При расчете сварных соединений основное допускаемое напряжение принимает допускаемое напряжение при растяжении. При других видах нагружений допускаемое напряжение определяют в зависимости от основного. . При стыковых соединениях рассчитывают по формуле , где - расчетное напряжение, F – действующее усилие, l –длинна шва, - толщина шва, -допускаемое напряжение для данного материала. В нахлестных соединениях в расчетах лобовых и кварцевых швов пользуются следующими соотношениями: , где l – суммарная длинна шва, .

 

Виды сварки, пайки.

Различают 2-а основных способа пайки:

1). низкотемпературная пайка, при которой нагрев в месте контакта деталей и припоя не превышает 400 град.,

2). высокотемпературная - > 400 град.

Разновидности пайки:

1). Пайка паяльником – применяется при пайке припоями, имеющими низкую температуру плавления. Паяются малогабаритные детали.

2). Пайка газовой горелкой – для соединения массивных деталей, при использовании припоев с высокой температурой плавления.

3). Пайка в печи – позволяет повысить производительность процесса. Соединения получаются достаточно надежными, со стабильными характеристиками.

4). Индукционная пайка – характеризуется тем, что позволяет получить очень быстрый разогрев зоны соединяемых деталей, а также уменьшает возможность окисления соединяемых поверхностей. Ее можно производить в защищенной среде, а также в нейтральной газовой среде.

5). Пайка в жидкой среде – применяется для соединения в основном не металлических соединений. Применяются различные масла, нагретые до высокой температуры (либо припой, флюс).

6). Пайки с помощью ультразвука – применяют для пайки алюминия или его сплавов. Наиболее часто применяется для предварительного покрытия припоем – лужение.

Соединение сваркой осуществляется путем местного нагрева деталей до их соединения, сварной шов образует как бы однородное тело. В зависимости от формы деталей, их материала и назначения применяют различные способы сварки. При этом надо учитывать что некоторые материалы могут быть легко сварены между собой. Свариваемость зависит не только от химического состава, но и от выбора способа и технологического режима сварки. В приборостроении используют все известные способы пайки.

Разновидности контактной сварки: 1). Стыковая. 2). Точечная. 3). Шовная. Стыковой сваркой сваривают почти все металлы. Под действием давления электродов образуются, так называемые, сварные точки. Поскольку распространение тепла ограничено точками, то соединяемые детали почти не коробятся. Расстояние t между сварными точками зависит от материала t=3…4d.

Применяют и другие виды:

1). Дуговая – соединяются детали большой толщины.

2). Лучевая – сварка потоком большой энергии. Этой сваркой соединяют детали из тугоплавких материалов, а также металлы, легко поддающиеся окислению. Так как эта сварка осуществляется в вакууме, сварной шов получается достаточно чистым, без примесей.

3). Газовая – в струе газового пламени происходит оплавление кромок соединяемых деталей и введенного в шов присадочного материала. Применяется достаточно редко, так как происходит коробление деталей (изменение формы и свойств).

4). Сварка трением – нагрев соединяемых деталей осуществляется теплотой, выделяющейся при трении. Как правило, одна деталь вращается относительно другой при одновременном приложении силы.

5). Сварка давлением – ее осуществляют без применения нагрева, путем сильно сдавливания соединяемых деталей, при этом появляются значительные пластические деформации. Для обеспечения прочных швов требуется предварительная очистка соединяемых деталей.

6). Ультразвуковая – из-за возникающих механических колебаний возникает переменное напряжение сдвига в зоне сварки, что ведет к свариванию деталей.