Połączenia części maszyn.doc

(1626 KB) Pobierz

Połączenia części maszyn

Połączenia części maszyn, jedna z podstawowych grup elementów maszyn. Połączenia części maszyn dzieli się na: nierozłączne, w których części złączone lub łączniki ulegają uszkodzeniu przy rozłączaniu połączenia, oraz rozłączne, które można rozłączać i łączyć ponownie bez uszkodzenia części złączonych i łączników.

Do najczęściej spotykanych połączeń nierozłącznych zalicza się połączenia: spawane , lutowane , lutospawane , zgrzewane, wciskowe i nitowane .

Najczęściej spotykane połączenia rozłączne: gwintowe (uzyskiwane za pomocą łączników - śrub, nakrętek i wkrętów), kołkowe i sworzniowe (odpowiednio - za pomocą kołków i sworzni), klinowe, wpustowe i wielowypustowe (wpust, wielowypust), sprężyste (uzyskiwane za pomocą sprężyn resorów i sprężnic) oraz rurowe (m.in. gwintowe, kielichowe).

Połączenia rozłączne dzielimy na:

─ spoczynkowe- w których łączone elementy pozostają nieruchome względem siebie

─ ruchowe- w pewnym zakresie

Połączenia nierozłączne- najczęściej stosowane połączenia to:

─ połączenia spawane

─ połączenia lutowane

─ połączenia zgrzewane

─ połączenia klejowe

─ połączenia wciskowe

─ połączenia nitowe

Połączenia spawane- jest to trwałe połączenie części przedmiotów przez miejscowe roztopienie powierzchni stykowych z dodawaniem lub bez dodawania spoiwa. Rozróżnia się spawanie: gazowe, elektryczne (łukowe), oraz rzadziej stosowane termitowe, elektronowe, laserowe i inne.

-spawanie gazowe;: najczęściej przy spalaniu acetylenu w temperaturach do 3200°C, stosowane jest do spajania blach o grubości od 0.4mm do 40mm

-spawanie elektryczne: z wykorzystaniem - urządzenia opierającego swą pracę na zjawisku łuku elektrycznego w temperaturach 3500°C, stosowane jest do spajania blach o grubości od 1mm do 80mm. Istnieją także inne metody spawania, takie jak: spawanie elektryczne w osłonie dwutlenku węgla lub gazów szlachetnych (w celu uniknięcia utleniania spoiny), spawanie laserowe, spawanie elektronowe itp. Połączenie spawane często wymaga dodatkowej obróbki spoiny. Często na powierzchni spawu wydzielają się drobne cząstki żużlu, które mogą być niebezpiecznie ostre. Spoiny spawane często szlifuje się zgrubnie, zanim spawana konstrukcja zostanie użyta W czasie spawania w obrębie działania wysokiej temperatury w stali zachodzą pewne przemiany cieplne, osłabiające jej wytrzymałość. Połączenie spawane zmniejsza wytrzymałość materiału o następujące wartości:

· wytrzymałość na rozciąganie k'r = 0,8 kr

· wytrzymałość na zginanie k'g = 0,9 kr

· wytrzymałość na ściskanie k'c = kr

· wytrzymałość na ścinanie k't = 0,65 kr

W związku z osłabiającym wpływem spoiny, do obliczeń wytrzymałościowych używa się grubości obliczeniowej, która jest o 70% mniejsza niż rzeczywista grubość materiału w miejscu spoiny.

grafika:wymiarowanie_spawu.png rys.1

Wymiarowanie spawu na przykładzie spoiny czołowej (rys.1)

Połączenia spawane ze względu na ułożenie spawanych elementów względem siebie oraz na kształt spoiny dzielą się na:

· czołowe jedno- i dwustronne

· pachwinowe

· grzbietowe

· otworowe

· stykowe

· zakładkowe

· teowe

· przyległe

· krzyżowe

W rysunku technicznym połączenia spawane rysuje się, w zależności od stopnia uproszczenia, jak pokazano poniżej. W I stopniu uproszczenia wymiaruje się spawy jak inne części maszyn. W III stopniu uproszczenia zaznacza się je linią oraz symbolem rodzaju spoiny. Przykładowe symbole oraz sposób wymiarowania dla jednego z nich pokazano na rysunku.

Rysunek 2 przedstawia rodzaje złączy spawanych.

rys.2

Spawanie w osłonie gazów:

· Metoda MIG (Metal Inert Gas) - jest to spawanie łukowe elektrodą topliwą w osłonie gazu obojętnego (argon, hel, argon+hel). Metoda ta jest stosowana do spawania i napawania we wszystkich pozycjach w sposób automatyczny lub półautomatyczny.

· Metoda MAG (Metal Active Gas) - jest to spawanie łukowe w osłonie gazu aktywnego chemicznie (CO2, CO2 + gaz obojętny).

· Metoda TIG (Tungsten Inert Gas) – jest to spawanie łukowe elektrodą nietopliwą w osłonie gazów obojętnych (Ar, He, Ar + He). Umożliwia ona spawanie prawie wszystkich metali i ich stopów oraz łączenie ze sobą różnych metali i stopów. Uzyskiwany metal spoiny jest stopem roztopionej części materiału rodzimego i spoiwa (drut, pręt, pałeczka) podawanego w strefę jarzenia się łuku. TIG charakteryzuje się możliwością stosowania we wszystkich pozycjach.

Połączenia lutowane- metoda łączenia elementów metalowych za pomocą spoiny wypełnionej metalem o temperaturze topnienia niższej niż metale łączonych elementów, gdzie spoina jest nakładana w postaci stopionej, podczas gdy łączone elementy pozostają cały czas w stanie stałym.

Zależnie od temperatury topnienia lutu rozróżnia się:

· lutowanie miękkie (do 450 °C)

· lutowanie twarde (powyżej 450 °C).

Materiałem wypełniającym spoinę jest lut. Narzędzie ręczne służące do lutowania to lutownica lub palnik. Czynność lutowania jest również wykonywana w specjalnych piecach

Występuje także lutowanie bezołowiowe, w którym używa się stopu nie zawierającego ołowiu.

W elektronice najczęściej do lutowania używany jest stop cynowo-ołowiowy. Jednak planowany jest zakaz używania technologii lutowania ołowiowego w sprzęcie powszechnego użytku.

Trudności: kulkowanie się lutowia bezołowiowego w piecach do lutowania rozpływowego ze względu na duże napięcie powierzchniowe.

Podczas lutowania na powierzchni rezystorów i kondenstatorów na korpusie chipu powstawać mogą kulki kapilarne, przy czym w zależności od przyczyny ich powstawania mają one różne rozmiary. Przyczynami takimi są: gorące ześlizgnięcie się (załamanie, hot slump), niedostateczna rozpływność (smarnowność, spreadbility), zwilżalność czy fluidyzacja topnika podczas topienia lutu.

Punkt rozpływu stopu używanego przy lutowaniu bezołowiowym wynosi 215–220°C. Lut bezołowiowy jest matowy o nieco ziarnistej powierzchni, dlatego też wykrywanie niewłaściwych połączeń jest utrudnione.

Skład najczęściej używanych stopów do lutowania bezołowiowego:

─ 3,5–4,0% Ag, reszta - Sn (do zastosowań elektronicznych)

─ 0,45–0,9% Cu, reszta - Sn (do zastosowań elektronicznych)

─ 2,5–3,5% Cu, reszta - Sn (do zastosowań elektrotechnicznych i instalacyjnych)

Dopuszcza się domieszkę poniżej 0,1% każdego z pierwiastków: Pb, Bi, Sb

Schemat zwilżalności lutem podłoża (rys.3a,b,c), a) brak zwilżalności b) zwilżalność mała c) zwilżalność duża.

rys.3

Połączenia zgrzewane- jest to łączenie materiałów przez nagrzewanie ich do stanu plastycznego lub miejscowego stopnienia i wywarcie nacisku.

Najczęściej stosowanymi metodami zgrzewania materiałów są:

─ zgrzewanie oporowe

─ zgrzewanie tarciowe

Zgrzewanie oporowe dzielimy na: doczołowe (iskrowe lub zwarciowe) oraz zgrzewanie blach (zawsze zwarciowe), które zależnie od rodzaju zgrzein dzieli się z kolei na: punktowe, garbowe i liniowe.

Zasada zgrzewania zwarciowego i widok złączy (rys.4)

Rys.4

Zasada zgrzewania iskrowego i widok złączy (rys.5)

rys.5

Połączenia klejowe- jest ono uważane za najstarszą technologię łączenia materiałów na świecie. Klejenie następuje dzięki dwóm podstawowym zjawiskom fizycznym: adhezji i kohezji.

Jak każda technologia, klejenie wykazuje liczne zalety i wady.

Do jego zalet zaliczyć można:

─ łączenie materiałów o odmiennym składzie i właściwościach np.: metal – szkło, guma – drewno, tworzywa sztuczne – metal;

─ równomierne (w odróżnieniu od połączeń śrubowych lub nitowanych) obciążenie złącza

─ brak strefy wpływu ciepła (w odróżnieniu od połączeń spawanych),

─ minimalne naprężenia i odkształcenia w złączy,

─ uszczelnienia połączeń i ochrona przed wnikaniem wilgoci i powstawaniem korozji,

─ przejmowanie przez warstwę klejoną reakcji wynikającej z różnej rozszerzalności liniowej klejonych materiałów.

Wadami są

─ ograniczona odporność na działanie wysokich temperatur powyżej 573 K (300o C)

─ niska wytrzymałość mechaniczna połączeń (wytrzymałość na ścinanie nie przekracza 30MPa),

─ długi czas wiązania

─ ograniczona przydatność składowych klejów (do 12 miesięcy)

Czynniki wpływające na jakość połączenia klejowego (rys.6)

rys.6

Klasyfikacja klejów- najczęściej stosowaną klasyfikacją klejów jest podział uwzględniający ich budowę i sposób utwardzania i tak rozróżniamy kleje:

─ kleje polichloroprenowe

─ kleje cyjanoakrylowe

─ kleje anaerobowe

─ kleje dyspersyjne

─ kleje termoplastyczne

─ kleje epoksydowe

Połączenia wciskowe- połączenie, w którym unieruchomienie części zapewnione jest przez tarcie pomiędzy ich powierzchniami. W połączeniu wciskowym elementy odkształcają się i związane z tym siły sprężystości materiału zapewniają odpowiedni docisk.

Ze względu na budowę połączenia wciskowe dzieli się na

─ połączenia wciskowe bezpośrednio, w których uczestniczą tylko elementy łączone

─ połączenia wciskowe pośrednie, w których uczestniczą dodatkowe elementy pośredniczące takie jak tuleje, pierścienie itp.

Ze względu na sposób połączenia łączenia wciskowe dzieli się na:

─ połączenia wciskowe skurczowe, w których poprzez ogrzewanie lub zmrażanie jednego z elementów uzyskuje się zmianę wymiaru, wystarczającą do zrealizowania połączenia.

─ Połączenia wciskowe wtłaczane, w których stosując zewnętrzną siłę (czasami znaczną) wtłacza się jeden element w drugi,

Połączenia wciskowe używane są najczęściej do osadzania obrotowych kół przekładniowych na wałach.

Połączenie wciskowe w rysunku technicznym maszynowym oznacza się poprzez odpowiednie pasowanie.

Połączenia nitowe- nitowanie polega na złączeniu dwóch elementów plastycznych kołkiem (nitem), osadzonym ciasno w specjalnie do tego wywierconych otworach.

Typowe kształty nitów znormalizowanych (rys.7)