Виды соединений деталей:

Рис. 88

Каждый из этих двух типов соединений подразделяют на две основные группы: разъемные и неразъемные. Разъемными называются такие со­единения, которые позволяют производить многократную сборку и разборку сборочной единицы без повреждения деталей. К разъемным неподвижным соединениям относятся резьбовые, штифтовые, шпоночные, шлицевые, а также соединения, осуществляемые переходными посадками. Разъемные по­движные соединения имеют подвижные посадки (посадки с зазором) по ци­линдрическим, коническим, винтовым и плоским поверхностям.

Неразъемными называются такие соединения, которые могут быть разобраны лишь путем разрушения или недопустимых остаточных деформа­ций одного из элементов конструкции. Неразъемные неподвижные соедине­ния осуществляются механическим путем (запрессовкой, склепыванием, за­гибкой, кернением и чеканкой), с помощью сил физико-химического сцепле­ния (сваркой, пайкой и склеиванием) и путем погружения деталей в расплав­ленный материал (заформовка в литейные формы, в пресс-формы и т. п.)

Подвижные неразъемные соединения собирают с применением разваль­цовки, свободной обжимки. В основном это соединения, заменяющие це­лую деталь, если изготовление ее из одной заготовки технологически невоз­можно или затруднительно и неэкономично.

Соединение заклепками относится к неразъемным соединениям. Чтобы разобрать это соединение, необходимо вырубить или высверлить заклепки.

Приемы соединения деталей за­клепками показаны на рис. 89. В со­единяемых деталях сверлят отверстия несколько большего диаметра, чем ди­аметр стержня заклепки. В отверстие вставляют заклепку (рис. 89, I) и вна­чале сжимают (осаживают) соединяе­мые детали (рис. 89, II), пользуясь для этого снизу поддержкой 4 с выточкой по форме головки. Затем заклепывают свободный конец заклепки (рис. 89, III) и для образования полукруглой за­мыкающей головки пользуются об­жимкой 5.

Рис. 89

В серийном и массовом производст­ве применяется механическая клепка, осуществляемая пневматическими молотками, клепальными машинами и прессами. Способ клепки пневматическим молотом показан на рис. 90.

Рис. 90

Стандартом предусмотрено несколько типов заклепок нормальной точ­ности общего назначения, основными из которых в общем машиностроении являются: с полукруглой головкой ГОСТ 10299-80 (рис. 91, I); с потайной головкой ГОСТ 10300-80 (рис. 91, II); с полупотайной головкой ГОСТ 10301- 80 (рис. 91, III) и др.

В тех случаях, когда нет доступа к зоне замыкающей головки, применя­ют взрывные заклепки (рис. 91, IV) с частично полым стержнем, заполнен­ным взрывчатым веществом.

Рис. 91

Для слабонагруженных соедине­ний применяют иногда трубчатые за­клепки (их называют также пистона­ми), для соединения металлических деталей — заклепки, показанные на рис. 91, V, а для податливых материа­лов (кожи, некоторых пластмасс и др.) — показанные на рис. 91, VI.

В настоящее время для соединения металлоконструкций больших пере­крытий находят применение так называемые болты-заклепки.

Болт-заклепка (рис. 91, VII) состоит из двух деталей: стержня 1 и коль­ца 2. При соединении деталей болтом-заклепкой зажимы специального ус­тройства захватывают нижний ее конец (хвостовик 3 с проточками — реб­рами) и, упираясь в соединяемые детали выступами, оказывают усилие растяжения на стержень. Одновременно на стержень болта-заклепки оде­вается кольцо, прижимается с усилием к соединяемым деталям и обжима­ется за средний участок стержня с накатанными кольцевыми проточками (ребрами). После обжатия кольца в шейке стержня происходит отрыв хво­стовика.

По назначению клёпанные швы делятся на два вида: прочные, применя­емые для соединения ферм, мостов, радиомачт, подвижных кранов и т. п.; плотные, используемые при изготовлении баков, сосудов, резервуаров и т. п. (такие швы должны обладать высокой герметичностью).

По характеру расположения соединяемых деталей различают: соедине­ния внахлестку (рис. 92, I, II, III), когда один лист накладывают на другой;

Рис. 92

соединения встык, когда листы подводят встык и соединяют на­ложенной на них одной (рис. 92, IV, IX) или двумя накладками.

По расположению заклепок швы делятся на однорядные (рис. 92,I, IV, IX), двухрядные (рис. 92, II, III, VIII и рис. 93), многорядные (рис. 92, III, VI, IX) — параллельные (рис. 94,I) и шахматные (рис. 94, II). Необходимое количество заклепок, их диаметр и длину определяют расчетным путем. Диаметр заклепок выбирают в зависимости от толщины склепываемых ли­стов по формуле

где: d — диаметр заклепки, мм;

Рис. 93

Расстояние между центрами отверстий для заклепок (шаг заклепок — t) и расстояние от центра заклепки до края листа (размер а) при параллель­ном и шахматном расположении заклепок указаны на рис. 94.

Рис. 94

Длина стержня заклепки зависит от толщины склепываемых листов и формы замыкающей головки. Замыкающая головка образуется из выступа­ющей части стержня. Длина этой части стержня для образования полукруг­лой головки составляет 1,2...1,5d, а для потайной или полупотайной голо­вки 0,8...1,2d.

Полная длина стержня при клепке с образованием полукруглой замыка­ющей головки рассчитывается по формуле I = S + (l,2...1,5)d, а при потай­ной или полупотайной клепке по формуле I = S + (0,8...1,2)d, где: I — длина стержня, мм; S — толщина склепываемых листов, мм; d — диаметр заклепки, мм.

Заклепки изготовляют как из стали различных марок, так и из спла­вов цветных металлов. Стали для заклепок, как правило, выбирают ма­лоуглеродистые, обладающие высокой пластичностью, например Ст.2, Ст.З. В специальных случаях заклепки изготовляют из легированных сталей.

Для склепывания деталей из цветных металлов и их сплавов применяют заклепки из цветных сплавов, например латуни Л63, магниевого литейно­го сплава МлЗ, алюминиевого сплава АД1.

Сваркой называется процесс получения не­разъемных соединений посредством местного нагрева и расплавления кро­мок, соединяемых поверхностей металлических деталей. Сваркой можно соединять также термопластичные пластмассы (такая сварка осуществля­ется горячим воздухом или разогретым инструментом).

Сварка имеет ряд преимуществ перед клепаными соединениями:

1. Экономия металла. В сварных конструкциях стыки выполняются без вспомогательных элементов, утяжеляющих конструкцию, в клепаных — посредством накладок (см. рис. 92, II и 93). В сварных конструкциях масса наплавленного металла, как правило, составляет 1...1,5% и редко превы­шает 2% массы изделия, в то время как в клепаных масса заклепок дости­гает 3,5...4%;

2. Снижение трудоемкости изготовления. Для заклепочного соединения требуется сверлить отверстия, которые ослабляют соединяемые детали, точно размечать центры отверстий, зенковать под потайные заклепки, при­менять много разнообразных приспособлений и т. п. В сварных конструк­циях не требуется выполнять перечисленные предварительные операции и использовать сложное вспомогательное оборудование;

3. Уменьшение стоимости изделий. Стоимость сварных изделий ниже клепаных за счет уменьшения массы соединений и трудоемкости их изго­товления;

4. Увеличение качества и прочности соединения. Сварные швы создают по сравнению с клепаными абсолютно плотные и герметичные соединения, что имеет исключительно большое значение при изготовлении резервуаров, котлов, вагонов, цистерн, трубопроводов и т. д.

К технологии сварочных работ относятся различные процессы, иногда даже противоположные по своему характеру. Например: резка металлов и других материалов, наплавка, напыление и металлизация, упрочнение по­верхности. Однако основная и главная задача — получение неразъемных соединений между одинаковыми или различными металлами и неметалли­ческими материалами в самых разнообразных изделиях.

Форма и размеры таких соединений меняются в широких пределах от сварной точки в несколько микрометров (рис. 95), соединяющей полупро­водник с проводником в какой-либо микросхеме радиоэлектроники, до не­скольких километров сварных швов 1, которые выполняются при строи­тельстве морских судов. Материалы для изготовления сварных конструк­ций весьма разнообразны: алюминий и его сплавы, стали всех типов и на­значений, титан и его сплавы и даже такой тугоплавкий металл, как воль­фрам (температура плавления ~3400° С).

Рис. 95

Также различны по своим свойствам неметаллические материалы, под­вергающиеся сварке: полиэтилен, полистирол, капрон, графит, керамика из окиси алюминия и др.

Пайка, хотя и отличается по своей природе от сварки, также относит­ся к области сварочной технологии и находит очень широкое применение в приборостроении и машиностроении, кроме того ее начинают применять даже в строительных конструкциях.

С каждым годом применение сварки в народном хозяйстве расширяется, а клепки — сокращается. Однако сварные соединения имеют существенные недостатки — термические деформации, возникающие в процессе сварки (особенно тонкостенных конструкций); невозможность сваривания деталей из тугоплавких материалов.

Классификация основных видов сварки показана на рис. 96. Все способы делятся на две группы: сварка плавления и сварка давлением.

Рис. 96

Сварка плавлением

Сварка плавлением — это процесс со­единения двух деталей, или заготовок в результате кристаллизации общей сварочной ванны, полученной расплавлением соединяемых кромок. Источ­ник энергии при сварке плавлением должен быть большой мощности, высо­кой сосредоточенности, то есть концентрировать выделяющуюся энергию на малой площади сварочной ванны и успевать расплавлять все новые и но­вые участки металла, обеспечивая этим определенную скорость процесса.

Процесс сварки (2 — сварочный шов) плавлением осуществляется источ­ником энергии 1, движущимся по свариваемым кромкам 3 с заданной ско­ростью (рис. 97). Размеры и форма сварочной ванны зависят от мощности источника и от скорости его перемещения, а также от теплофизических свойств металла.

Рис. 97

В сварном соединении принято различать три области (рис. 98): основной металл — со­единяемые части будущего изде­лия, предназначенного для экс­плуатации; зона термиче­ского влияния (около­шовная зона) — участки металла, в которых он находится некото­рое время при высокой темпера­туре, доходящей на линии сплав­ления до температуры плавления металла; сварной шов — металл шва, представляющий литую структуру с характерными особеннос­тями.

Рис. 98

Каждый вид сварочного процесса имеет свои особенности и находит применение в той или иной сфере производства, где он дает необходимое качество изделия и экономически целесообразен. Наиболее широкое при­менение для сварки металлов плавлением нашли газовая и дуговая виды сварки.

При газовой (или ав­тогенной) сварке в качест­ве источника энергии используют пламя ацетиленокислородной го­релки (рис. 99), имеющей высо­кую температуру (около 3000°С) и значительную мощность, зави­сящую от количества ацетилена (8 — редуктор для регулирования ве­личины подачи газа), сгорающего в секунду. Кислород 1 из кисло­родного баллона 10 и ацетилен 2 из ацетиленового баллона 9 пода­ются по шлангам 7 в газовую го­релку, где образуется горючая смесь 3. На выходе из сопла горел­ки возникает пламя. Когда нагре­ваемое место свариваемых деталей доводится до расплавленного состоя­ния, к пламени подводят присадочный материал 4, который, расплавля­ясь вместе с кромками детали 5, образует сварочный шов 6.

Рис. 99

Дуговая сварка. При дуговой сварке (рис. 100) в качестве источника энергии 2 используется электрический дуговой разряд 3, возникающий при присо­единении свариваемых деталей 1 к одному, а электрода 4 — к другому по­люсу источника тока. Движение электрода с дуговым разрядом и подве­денным в его зону присадочным материалом (в виде прутка) 5 от­носительно кромок изделия за­ставляет перемещаться свароч­ную ванну, образующую сварной шов 6.

Рис. 100

Электрошлаковая сварка применяется для ав­томатической сварки верти­кальных швов из металла боль­шой толщины.

Электрошлако­вая сварка. При электрошлако­вой сварке (рис. 101) сва­риваемые детали устанавлива­ют вертикально и собирают под сварку с зазором между кром­ками. Электродные проволоки 5 (их может быть несколько и притом разного состава) пода­ются силовыми роликами 4 че­рез изогнутые токопроводящие мундштуки 6 в зазор между свариваемыми деталями 1. В процессе сварки автомат дви­жется вверх по направляю­щим, а мундштуки совершают колебательные движения, подавая проволоки в жидкую шлаковую ван­ну 2, в которой они расплавляются при температуре Т равной 1539°С вместе с металлом сплавляющихся кромок и образуют сварной шов 8. Жидкая шлаковая и металлическая ванны удерживаются поднимаю­щимися вместе с автоматом медными ползунами 7, охлаждаемыми из­нутри водой. Шлак 3, отделяясь от металла, всплывает.

Рис. 101

Плазменная сварка. При плазменной сварке ис­пользуют дуговой разряд в плазмотроне, который дает плазменную струю 1 с очень высокой температурой (рис. 102).

Рис. 102

Плазмотрон представляет собой прибор 2, в котором дуговой разряд 3 возбуждается в канале 4, и давлением газа (аргона, азота, воздуха) столб дуги растягивается и вырывается из сопла, охлаждаемого проточной во­дой 5, за пределы плазмотрона. Может быть два типа плазмотронов: с собственным анодом, на который замыкается разряд за счет дрейфа эле­ктронов, или дугой косвенного действия — дуговой разряд возникает между двумя электродами, но не замыкается на изделие 6. В сварочной технике чаще используют плазмотрон второго типа. Плазменная сварка и обработка материалов нашла широкое применение в промышленности.

При сварке алюминиевых сплавов качество сварных соеди­нений зависит от надежности защиты зоны сварки инертным газом и от подготовки кромок изделия.

Аргонодуговая сварка. Так для аргонодуговой сварки (3 сопло) алюминия применяют плавящийся электрод-проволоку 7, совпада­ющую по составу с основным металлом свариваемых изделий 2 или непла- вящийся вольфрамовый электрод (рис. 103). Для ответственных конструкций чаще применяют последний метод, при этом присадочный металл пода­ют сбоку непосредственно в дуговой разряд 4, 5, 6 или в сварочную ванну 1 рядом с дуговым разрядом.

Рис. 103

Аргонодуговую сварку применяют также для соединения деталей и з титана и его сплавов. Титан — металл, напоминающий по внеш­нему виду сталь, обладает также весьма высокой химической активностью, несколько уступая в этом отношении алюминия. Титан имеет температуру плавления — 1668° С.

При обычной температуре титан очень устойчив к воздействию окружа­ющей среды, так как закрыт окисной пленкой. В таком пассивном состоя­нии он даже устойчивее, чем коррозионно-стойкая сталь. При высоких тем­пературах окисный слой перестает защищать титан. При температуре выше 500° С он начинает активно реагировать с окружающей средой. Поэтому ти­тан и его сплавы можно сваривать (рис. 104) только в защитной атмосфере аргона, с которым он реагировать не может.

Рис. 104

Сварка давлением

Сварка давлением — это процесс соеди­нения поверхностных слоев деталей. При соединении происходит активная диффузия частиц, ведущая к полному исчезновению границы раздела и к прорастанию через нее кристаллов.

В современном машиностроении и приборостроении сварку давлением осуществляют несколькими путями в зависимости от типа изделий и требо­ваний, которые к ним предъявляются.

Контактная сварка широко применяется в машиностроении для изготов­ления изделий и конструкций, главным образом из сталей. Она относится к сварке с применением нагрева и давления. Нагрев осуществляется электри­ческим током, который проходит через место контакта двух свариваемых дета­лей. Давление, необходимое для сварки, создается или электродами, подводящими электрический ток, или специальными приспособлениями.

Различают три разновидности кон­тактной сварки: точечную — отдель­ными точками (рис. 105), применяемую для тонколистовых конструкций из стали (например, кузова автомашин). Сваривае­мые заготовки 1 зажимаются между элек­тродами 2, через которые проходит элект­рический ток большой силы от вторичной обмотки понижающего трансформатора 3, Место контакта свариваемых частей разо­гревается до высокой температуры, и под давлением усилия F происходит сварка; стыковую — оплавлением или давлением (рис. 106), применяемую для изготовления металлорежущего инструмента и др. В этом случае сваривае­мые детали 1 с силой стыкуются и удерживаются зажимами 2, к которым подводится электрический ток; роликовую (рис. 107, где 1 — свари­ваемые детали; 2 — ролики; 3 — электроды; 4 — источник энергии) — обес­печивающую непрерывный (герметичный) или прерывистый шов.

Рис. 105

Рис. 106

Рис. 107

В строительных конструкциях и в машиностроении сварка — основной способ получения неразъемных соединений деталей из сталей всех марок, чугуна, меди, латуни, бронзы, алюминиевых сплавов и пр.

Автоматизация процесса сварки

Широкое распространение свар­ки в промышленности стимулиро­вало создание оборудования для механизации и автоматизации сва­рочных процессов. В то же время автоматизация сварки потребова­ла коренного изменения техноло­гического процесса. В одних слу­чаях сварочный аппарат неподви­жен, а изделие перемещается отно­сительно него с заданной скоро­стью, а в других — устанавливает­ся на самодвижущуюся тележку 6 — «трактор», идущий по направ­ляющим 2, прикрепленным на не­подвижном изделии 1, или рядом с ним (рис. 108).

Рис.108

l — длина участка. Из рис. 57, II видно, что, чем дальше точка деформируемого сечения от­стоит от оси стержня, тем больше ее перемещение по дуге окружности при кручении. Следовательно, по закону Гука и напряжения в различных точ­ках будут различны. Наибольшие напряжения кручения r_mах возникают в наиболее удаленных точках, расположенных на поверхности стержня. На­пряжение в любой точке равно r = р/(R • r_mах), где: r — напряжение кручения;

Рис. 57

р — расстояние точки до оси стержня; R — радиус стержня.

На производстве нашла широкое применение полуавтоматическая ду­говая сварка, сущность которой за­ключается в следующем: механизм подачи электродной проволоки 3,4 и пульт управления 5 устанавливают отдельно от головки или инструмен­та, сварочная проволока подается по гибкому шлангу, через который так­же подводится электрическое пита­ние к сварочному инструменту 7.

Функции сварщика в этом слу­чае значительно упрощаются, так как ему нужно двигать только сва­рочную головку (инструмент) в нужном направлении и на опреде­ленной высоте от изделия.

Электронно-лучевая сварка

Этот вид сварки представляет собой резуль­тат взаимодействия пучка электронов, ускоренных электрическим полем, с по­верхностью металла которой эти элек­троны отдают накопленную в электриче­ском поле энергию (энергия торможе­ния), расплавляя и даже частично испа­ряя ее.

Прототипом оборудования для полу­чения пучка электронов служит рентге­новский аппарат для просвечивания би­ологических объектов в медицинских целях или исследований. Схема установ­ки для сварки электронным лучом пока­зана на рис. 109. В камере 2 с глубоким вакуумом (давление 1 • 10^-4 Па и менее) между катодом 3, эмитирующим (обес­печивающим электрическую связь) эле­ктроны, и анодом 4, имеющим в середи­не отверстие, создается поток электро­нов, или электронный луч 1. Для увели­чения плотности энергии электронный луч фокусируют магнитными линзами и направляют на изделие 7, соединенное с землей. Управление 8 электронным лу­чом осуществляется магнитным устрой­ством, отклоняющим луч в нуж­ном направлении.

Рис. 109

Физическая сущность этого процесса сварки заключается в том, что электроны при прохожде­нии электрического поля большой напряженности ускоряются и при­обретают большой запас энергии, которую они и передают в виде теплоты свариваемым изделиям.

Недостаток этого метода — не­обходимость надежной защиты об­служивающего персонала от рент­геновского излучения, вредно вли­яющего на живые организмы.

Лазерная сварка

Лазер, или оптический квантовый гене­ратор (ОКГ), создает мощный им­пульс монохроматического излу­чения за счет оптического воз­буждения атомов примеси в кри­сталле рубина или в газах.

Этот совершенно новый источник энергии высокой концентрации сразу нашел применение в технике связи в промышленности для обработки ме­таллов.

Сущность процесса получения мощного потока световых квантов заклю­чается в том, что атомы любого вещества могут находиться в стабильных и возбужденных состояниях и при переходе из возбужденного состояния в стабильное они выделяют энергию возбуждения в виде квантов лучистой энергии.

Возбуждение атомов может происходить различными путями, но наибо­лее часто это осуществляется в результате поглощения лучистой энергии.

Схема оптического квантового генератора, или лазера, представлена на рис. 110, где 1 — манипулятор для настройки расположения детали относи­тельно луча; 2 — газоразрядная импульсная лампа; 3 — оптический кван­товый генератор; 4 — осветитель места сварки; 5 — рубин (источник, испу­скающий фотоны); 6 — пульт управления; 7 — бинокулярный микроскоп; 8,10 — свариваемые детали; 9 — световой луч. Атомы какого-либо элемен­та возбуждаются непрерывным источником энергии (лампы накачки) и электроны этих атомов переходят в новое качество — энергию. Поток кван­тов энергии (фотонов), направленный на поверхность твердого тела, транс­формирует свою энергию в тепловую, и температура твердого тела резко возрастает, так как поток фотонов обладает очень высокой концентрацией энергии.

Рис. 110

Сварка лазером не требует вакуума и идет всегда в импульсном режиме. Режим сварки регулируется частотой импульсов и некоторым расфокуси­рованием луча до уровня плотности энергии, необходимой для сварки изде­лия.

Примечание. В промышленности используются и другие виды сварки, как, напри­мер, сварка металлов взрывом, химическо-термическая сварка, при которой использу­ется энергия химической реакции и другие.

Виды конструктивных соединений деталей сваркой

Различают следующие виды конструктивных соединений деталей сваркой (рис. 111): сты­ковое (СЗ); внахлестку (H1); тавровое (Т1); угловое (У4).

Рис. 111

Рис. 112

По форме получаемого при этом поперечного сечения шва (рис. 112) при­нято различать: усиленные (выпуклые); нормальные; ослабленные (вогну­тые).

Кромки соединяемых деталей в зависимости от технологии сварки (руч­ная или автоматическая) и расположения шва (свободный доступ к нему с одной или двух сторон) могут быть ровными или специально подготовлен­ными (срезанными) для дальнейшего соединения сваркой.

В зависимости от толщины свариваемых деталей (рис. 113) производят различную подготовку кромок: при толщине металла до 8 мм сварку про­изводят без разделок кромок; при толщине до 26 мм производят F-образную разделку кромок; при толщине более 20 мм сваривают с криволинейным скосом кромок; при толщине металла более 12 мм рекомендуется дву­сторонняя Х-образная разделка кромок.

Рис. 113

Широкое распространение получили швы с нормальным очертанием. Длина катета углового шва нормального очертания называется его толщи­ной и обозначается буквой К (рис. 114). Длина перпендикуляра, опущенно­го из вершины прямого угла на гипотенузу (сечение А—А), носит название расчетной толщины шва. В швах с формой равнобедренного треугольника расчетная толщина k₀ = k sin 45° = 0,7k.

Рис. 114

В большинстве случаев катет шва k равен толщине детали s, но может быть и меньше.

Наименьшая толщина рабочих швов в машиностроительных конструк­циях равна 3 мм. Исключение составляют конструкции, у которых толщи­на самого металла меньше 3 мм.

Верхний предел толщины соединяемой сваркой конструкции не ограни­чен, но применение швов, у которых к > 20 мм, встречается редко.

Рис. 115

Различают паяние легкоплав­кими и тугоплавкими припоями. Легкоплавкие припои имеют тем­пературу плавления до 500° С и не­значительную механическую прочность. В состав легкоплавких припоев входят олово и свинец.

Тугоплавкие припои имеют температуру плавления выше 500° С. Такими припоями можно полу­чить прочность паяного соедине­ния, близкую к прочности основ­ного металла соединяемых дета­лей.

Тугоплавкие припои состоят из сплава меди, цинка, серебра, никеля, железа, кадмия и других металлов.

Чтобы повысить качество паяния, применяют флюсы, которые раство­ряют окислы на поверхности металлов и защищают нагретые детали и жид­кий припой от окисления,

В настоящее время склеивание применяют для соединения не только не­металлических материалов, но и деталей из различных металлов как меж­ду собой, так и с неметаллическими материалами.

Промышленность выпускает большое количество клеев. Так, широкое применение получил карбинальный клей БФ. Созданы теплостойкие склеивающие составы, выдерживающие нагревание до температуры 50...300° С.

Механическая прочность  соединения клеем зависит от вида и качест­ва клея, качества склеиваемых поверхностей, толщины слоя клея и равно­мерности его распределения, а также от соблюдения температурных и дру­гих режимов.

В настоящее время большое распространение в различных отраслях про­мышленности нашли сочетания клея с другими видами соединений: клеезаклепочные, клеерезьбовые и клеесварные соединения.

Применение клееклепаных конструкций (например, на самолете Як-40) способствует увеличению выносливости изделий, так как склейка умень­шает концентрацию напряжения у заклепок и задерживает распростране­ние трещин.

В заклепочном соединении передача сил от листа на стрингер (продоль­ный элемент конструкции корпуса-каркаса летательного аппарата) проис­ходит через заклепку (рис. 116, I), при этом и в листе, и в профиле напря­жения возрастают как из-за ослабления сечения отверстием под заклепку, так и в результате возникновения концентрации напряжений у края отвер­стия.

Клеевое соединение надежнее не только из-за отсутствия сверления в ма­териале листа и профиля, но и вследствии более равномерной передачи сил через всю площадь клеевой пленки (рис. 116, II).

Следовательно, в клееклепаном соединении (рис. 116, III), благодаря склейке, можно значительно уменьшить число заклепок — концентраторов напряжений, а потому, сократить площадь сечения, ослабленного отвер­стиями под заклепки.

Клееклепаное соединение типа «лист-профиль» является монолитной конструкцией, в которой лист и профиль составляют одно целое.

Рис. 116

Основным элементом всех резьбовых соединений является резьба.

Резьба — поверхность, образованная при винтовом движении плос­кого контура по цилиндрической или конической поверхности.

Резьбы классифицируются по следующим признакам (рис. 117):

Рис. 117

1. В зависимости от формы поверхности, на которой нарезана резьба, они подразделяются на цилиндрические и конические;
2. В зависимости от расположения резьбы на поверхности стержня или отверстия они подразделяются на внешние и внутренние;
3. В зависимости от формы профиля различают резьбы треугольного, прямоугольного, трапецеидального, круглого и других профилей;
4. По эксплуатационному назначению резьбы делятся на крепежные (метрические, дюймовые), крепежно-уплотнительные (трубные, коничес­кие), ходовые (трапецеидальные, упорные, прямоугольные, круглые), спе­циальные и др.;
5. В зависимости от направления винтовой поверхности различают пра­вые и левые резьбы;
6. По числу заходов резьбы подразделяются на однозаходные и многозаходные (двух-, трехзаходные и т. д.).

Все резьбы разделяют на две следующие группы: стандартизиро­ванные — резьбы с установленными стандартами параметрами: профи­лем, шагом и диаметром; нестандартизированные, или специ­альные (резьбы, параметры которых не соответствуют стандартизирован­ным).

Основные элементы и параметры резьбы имеют следующие определения по ГОСТ 11708-82 и приведены ниже.

Левая резьба — образована контуром, вращающимся против часо­вой стрелки и перемещающимся вдоль оси в направлеции от наблюдателя (рис. 118,I).

Правая резьба — образована контуром, вращающимся по часовой стрелке и перемещающимся вдоль оси в направлении от наблюдателя (рис. 118, II).

Рис. 118

Профиль резьбы — контур резьбы в плоскости, проходящей че­рез ее ось.

Угол профиля — угол между боковыми сторонами профиля.

Шаг резьбы Р — расстояние между соседними одноименными бо­ковыми сторонами профиля в направлении, параллельном оси резьбы.

Ход резьбы Р_h — расстояние между ближайшими одноименными боковыми сторонами профиля, принадлежащими одной и той же винтовой поверхности, в направлении, параллельном оси резьбы. Ход резьбы — вели­чина относительного осевого перемещения винта (гайки) за один оборот (рис. 119).

Рис. 119

Наружный диаметр резьбы (d — для болта, D — для гай­ки) — диаметр воображаемого цилиндра, описанного вокруг вершин на­ружной резьбы или впадин внутренней резьбы.

Внутренний диаметр резьбы (d₁ — для болта, — для гайки) — диаметр воображаемого цилиндра, вписанного во впадины на­ружной резьбы или в вершины внутренней резьбы.

Средний диаметр резьбы (d₂ — для болта, D₂ — для гай­ки) — диаметр воображаемого соосного с резьбой цилиндра, который пере­секает витки резьбы таким образом, что ширина выступа резьбы и ширина владины (канавки) оказываются равными.

Резьба может быть однозаходной и многозаходной (см. рис. 119).

Рис. 120

Согласно ГОСТ 8724-81 метричес­кая резьба для диаметров от 1 до 600 мм делится на два типа: с крупным шагом (для диаметров от 1 до 68 мм) и с мелким шагом (для диаметров от 1 до 600 мм).

Резьба с крупным шагом применя­ется в соединениях, подвергающихся ударным нагрузкам. Резьба с мелким шагом — в соединениях деталей с тонкими стенками и для получения герметичного соединения. Кроме то­го, мелкая резьба широко применя­ется в регулировочных и установоч­ных винтах и гайках, так как с ее по­мощью легче осуществить точную ре­гулировку.

При проектировании новых ма­шин применяется только метричес­кая резьба.

Дюймовая резьба (рис. 121). Это резьба треугольного про­филя с углом при вершине 55° (а равным 55°). Номинальный диа­метр дюймовой резьбы (наружный диаметр резьбы на стержне) обозна­чается в дюймах. В России дюймо­вая резьба допускается только при изготовлении запасных частей к старому или импортному оборудованию и не применяется при проекти­ровании новых деталей.

Рис. 121

Трубная цилиндрическая резьба ГОСТ 6357-81, пред­ставляет собой дюймовую резьбу с мелким шагом, закругленными впадина­ми и треугольным профилем с углом 55°. Трубную цилиндрическую резьбы нарезают на трубах до 6". Трубы свыше 6" сваривают. Профиль трубной ци­линдрической резьбы приведен на рис. 122.

Рис. 122

Рис. 123

Трубные конические резьбы при­меняются двух типоразмеров. Труб­ная коническая резьба ГОСТ 6211-81, соответствует закругленному профи­лю трубной цилиндрической резьбы с углом 55° (рис. 123,1).

Коническая дюймовая резьба ГОСТ 6111-52 имеет угол профиля 60°(рис7 123, II). Конические резьбы применяются почти исключительно в трубных соединениях для получения герметичности без специальных уп­лотняющих материалов (льняных ни­тей, пряжи с суриком и т. д.).

Теоретический профиль конической резьбы приведен на рис. 124. Конус­ность поверхностей, на которых изготавливается коническая резьба, обыч­но 1 : 16. Биссектриса угла профиля перпендикулярна оси резьбы.

Рис. 124

Диаметральные резьбы конических резьб устанавливаются в основной плоскости (2 — торец муфты), которая перпендикулярна к оси и отстоит от торца трубы 1 на расстоянии I, регламентированном стандартами на кони­ческие резьбы (3 — муфта; 4 — торец трубы; 5 — ось трубы).

В основной плоскости диаметры резьбы равны номинальным диаме­трам трубной цилиндрической резьбы. Это позволяет конические резьбы свинчивать с цилиндричес­кими, так как шаг и профили дан­ных резьб для определенных диа­метров совпадают.

Коническим резьбам присущи аналогичные цилиндрическим резьбам определения и понятия, та­кие, как наружный, сред­ний и внутренний диа­метры резьбы. Шаг резьбы Р_h измеряется вдоль оси.

При свинчивании трубы и муф­ты с номинальными размерами резьбы без приложения усилия длина свинчивания равна l.

Обозначение трубной резьбы об­ладает особенностью, которая за­ключается в том, что размер резьбы задается не по тому диаметру, на котором нарезается резьба, а по внутреннему диаметру трубы. Этот внутренний диаметр называется диаметром трубы «в свету» и опре­деляется как условный проходной размер трубы,

Трапецеидальная резьба ГОСТ 9484-81 (рис. 125). Профиль резьбы — равнобочная трапеция с углом а равным 30°. Трапецеидальная резьба применя­ется для передачи осевых усилий и движения в ходовых винтах. Симмет­ричный профиль резьбы позволяет применять ее для реверсивных винто­вых механизмов.

Рис. 125

Упорная резьба ГОСТ 10177-82 (рис. 126). Профиль резьбы — неравнобочная трапеция с углом рабочей стороны 3° и нерабочей — 30°. Упорная резьба обладает высокой прочностью и высоким КПД. Она приме­няется в грузовых винтах для передачи больших усилий действующих в од­ном направлении (в мощных домкратах, прессах и т. д.).

Рис. 126

В прессостроении применяется также упорная резьба. Профиль этой резьбы несколько отличается от упомянутой выше упорной резьбы, Про­филь такой упорной резьбы по ГОСТ 13535-87 представляет собой неравно­бочную трапецию с углом рабочей стороны 0° и нерабочей — 45°.

Прямоугольная и квадратная р е з ь б ы (рис. 127) име­ют высокий КПД и дают большой выигрыш в силе, поэтому они применя­ются для передачи осевых усилий в грузовых винтах и движения в ходовых винтах. Прямоугольные и квадратные резьбы не стандартизированы, так как имеют следующие недостатки: в соединении типа «болт — гайка» труд­но устранить осевое биение; обладают прочностью меньшей, чем трапецеи­дальная резьба, так как основание витка у трапецеидальной резьбы при одном и том же шаге шире, чем у пря­моугольной или квадратной резьб; их труднее изготовить, чем трапецеи­дальную.

Рис. 127

Примечание. В ответственных соедине­ниях эти резьбы заменены трапецеидальной.

• часовая резьба ГОСТ 9000- 81 применяется в часовой промыш­ленности. Ее диапазон охватывает резьбы с диаметрами 0,25...0,9 мм; часовая резьба относится к метричес­ким резьбам;
• резьба метрическая на деталях из пластмасс ГОСТ 11709-81 для диаметров от 1 до 120 мм. Эта резьба характерна тем, что наряду с крупными и мелкими шагами резьбы по ГОСТ 9150-80 она имеет особо крупные шаги резьбы, ко­торые устанавливаются стандартом с учетом эксплуатационных требова­ний, предъявляемых к резьбовым со­единениям, и механических свойств данной марки пластмасс;
• резьба для объективов микроскопов ГОСТ 3469-83 предназначена для соединения тубуса с объективом микроскопа. Эта резьба имеет два размера: с дюймовой резь­бой — диаметр 4/5" (20,270 мм) и шаг 0,705 мм (36 ниток на 1"); с метриче­ской резьбой — диаметр 27 мм и шаг 0,75 мм;
• окулярная многозаходная резьба ГОСТ5359-77приме­няется для оптических приборов. Ее нарезают на трубчатых тонкостенных деталях, требующих значительного осевого перемещения при ограничен­ном угле поворота (менее 360°). Профиль резьбы — равнобочная трапеция с углом а равным 60°;
• круглая резьба ГОСТ 2746-90Е предназначена для цоколей и па­тронов электрических ламп. Профиль круглой резьбы, изготавливаемой накаткой на тонкостенных изделиях, характерен малой высотой и отсутст­вием прямолинейного участка, что важно для уменьшения деформации ме­талла в процессе накатки;

круглая резьба для предохранительных стекол и корпусов электроосветительной арматуры ГОСТ 9503-86, имеет постоянный шаг 7,5 мм при трех разных наружных диаме­трах, постоянную высоту закругленного профиля 3,5 мм с широкими впа­динами и углами резьбы (для стекла — 50° и для электроарматуры — 35°);

резьба круглая для санитарно-технической ар­матуры ГОСТ 13536-68. Ее применяют для шпинделей вентилей, смеси­телей, а также для туалетных и водопроводных кранов;

резьба коническая вентилей и баллонов для газов ГОСТ 9909-81.

Примечания:

1. Вентиль (от немецкого слова — клапан) трубопроводный — запорное приспособление для включения или выключения участка трубопровода.

2. Шпиндель ( или шток) — цилиндрический стержень с резьбой, соединяющий ма­ховик с запорных элементом вентиля.

Примечание. Эту закономерность можно отнести ко всем профилям резьб, кроме прямоугольной, у которой центрирование предпочитают выполнять не по сторонам про­филя, а по внутреннему диаметру, так как требуемую точность трудно получить.

Основным элементом, определяющим характер резьбового соединения, является средний диаметр резьбы. Сопряжение резьбового соединения должно происходить только по сторонам (образующим) резьбового профи­ля. Основной и наиболее распространенной посадкой для резьбовых соеди­нений является скользящая посадка, при которой номинальный средний диаметр равен наибольшему среднему диаметру резьбы болта и наименьше­му среднему диаметру резьбы гайки.

По характеру использования и назначения сопряжения резьбовые соеди­нения подразделяются на неподвижные и подвижные (кинематические). Неподвижное сопряжение имеют обычные крепежные и соединительные резьбовые соединения типа «болт — гайка», «труба — муфта» и т. д., в ко­торых используются резьбы крепежные, трубные и др.

К подвижным резьбовым сопряжениям относят ходовые винты: микро­метрические, дифференциальные, грузовые, в которых используются тра­пецеидальные, упорные и другие резьбы.

На рис. 128 приведена краткая классификация основных видов резьбо­вых соединений. Стандарт устанавливает геометрическую форму и размеры крепежных изделий, их основные физико-химические и механические свойства, защитные и декоративные покрытия, шаги и классы точности резьбы.

Рис. 128

Болты. Болт представляет собой цилиндрический стержень с шести­гранной головкой на одном конце и винтовой резьбой на другом. Обычно болты применяют для скрепления (соединения) деталей не очень большой толщины и при необходимости частого соединения и разъединения.

Подобные болты с шестигранной головкой ГОСТ 7798-70 имеют наиболее широкое применение. Их изготавливают повышенной, нормальной и гру­бой точности (классов точности А, В, С), с нормальной или уменьшенной го­ловкой, с крупным или мелким шагом резьбы, в одном или нескольких ис­полнениях (рис. 129): 1 — без отверстия в стержне и головке; 2 — с отвер­стием в стержне, применяют в паре с прорезными или корончатыми гайка­ми при стопорении разводными шплинтами; 3 — с двумя отверстиями в го­ловке при стопорениях проволочной обвязкой.

Рис. 129

Второе исполнение головок предусматривает цилиндрический подголо­вок. Подобные болты применяют для большего обжатия опорной поверхно­сти детали под головкой. Такое обжатие снижает возможность ослабления затяжки болта и изгиб стержня болта в случае неполного прилегания голо­вки к поверхности соединяемой детали.

Болты выпускают следующих размеров: с номинальным диаметром резьбы от 6 до 48 мм и длиной от 8 до 300 мм. Головка болта может иметь и иную форму: квадратную, полукруглую, с квадратным подголовком или «усом» для предотвращения от проворачивания при навинчивании гайки и др. Выбор головки болта для соединения деталей зависит от технологичес­ких особенностей данного соединения.

На рис. 130 приведены примеры болтов специального назначения и огра­ниченного применения. Рым-болт ГОСТ 4751-73 («рым» от голланд­ского слова — кольцо) — металлическое кольцо, закрепляемое с помощью резьбы на машинах или их частях. Рым-болт (рис. 130,I) предназначен для захвата и перемещения машин при монтаже, разборке или транспортиров­ке. К примеру, рым-болт, ввертываемый в редуктор для его подъема и спу­ска на тросах при монтаже.

Рис. 130

Откидной болт ГОСТ 3033-79 (рис. 130, II) предназначен для тех устройств или приспособлений, в которых по условию работы необходимо повременно быстро зажимать или освобождать соединяемые детали, к при­меру, крышку к сосуду.

Болт с полукруглой головкой и с квадратным подголовком ГОСТ 7802-81 (рис. 130, III) применяют в соединениях, в которых по условию монтажа доступ к головке труднодоступен или вооб­ще невозможен. Поэтому в одной из соединяемых деталях предусмотрен продольный паз (или квадратное углубление) для закладки в него квадрат­ного подголовка болта, после чего болт не будет проворачиваться при на­винчивании на него гайки.

Винты. Винты по своему назначению принято подразделять на кре­пежные и установочные (нажимные, регулирующие и др.). Наиболее широ­ко применяют винты крепежные общего назначения (рис. 131): I — с ци­линдрической головкой ГОСТ 1491-80; II — с полукруглой ГОСТ 17473-80; III — с потайной ГОСТ 17475-80; IV — с полупотайной головкой ГОСТ 17474-80.

Рис. 131

Головки крепежных винтов выпускают с одной прорезью (шлицем) или крестообразным углублением под отвертки. При сборке машин крепежные винты применяют в тех случаях, когда к основной детали требуется при­крепить какую-нибудь вспомогательную деталь, например, смотровую крышку к редуктору. Кроме того, крепежные винты с потайной головкой часто применяют вместо болтов, когда выступающие головки обычных бол­тов мешают работе механизма.

Установочные винты (рис. 132) отличаются от крепежных тем, что их стержень полностью нарезан и имеет нажимной конец, который входит в соответствующее углубление в детали.

Рис. 132

При сборке машин установочные винты применяют в тех случаях, когда нужно зафиксировать одну деталь относительно другой. Чаще всего с помо­щью винтов фиксируются детали, насаженные на оси или валы. Например: установочные кольца, дистанционные втулки, рычаги, рукоятки и т. д.

На рис. 132 приведена классификация установочных винтов. По рисун­ку видно, что формообразование винтов производят от соединения выбран­ной формы головки с определенной формой конца винта. Таким образом, при одной форме головки (об этом можно судить по линиям связи, указан­ным на рисунке) могут быть различной формы концы винта: 1,6 — винт с прямым шлицем и коническим концом ГОСТ 1476-84. При затяжке этот винт создает в отверстии большую силу трения, которая стопорит винт. Применяется в нагруженных валах; 1,7 — винт с прямым шлицем и плос­ким концом ГОСТ 1477-84. Применяется для стопорения деталей в разных положениях; 2,6 — винт с внутренним шестигранным углублением «под ключ» и коническим концом ГОСТ 8878-84 аналогичен п.п. 1,6; 3,8 — винт с малой квадратной головкой под торцовый ключ с цилиндрическим кон­цом ГОСТ 1482-84, Как правило, применяется при больших диаметрах вин­тов; 4,8 — винт с шестигранной головкой и цилиндрическим концом ГОСТ 1481-84 имеет широкое применение в условиях хорошей защиты (огражде­ний). Легко стопорится гайкой; 5,11 — винт с квадратной головкой и за­сверленным концом. При затяжке конец врезается в металл и тем самым обеспечивает стопорение; 5,10 — винт с квадратной головкой и ступенча­тым концом ГОСТ 1483 84 применяется при тяжелых условиях работы.

Шпильки. Если болт нельзя пропустить насквозь через обе детали (в случае, когда одна деталь имеет очень большую толщину), вместо него ста­вится шпилька, представляющая собой цилиндрический стержень с резь­бой на обоих концах.

Шпильки по ГОСТ 22032-76 ... 22041-76 имеют разную длину ввинчива­емого конца, которая в зависимости от вязкости металла колеблется от Id до 2,5d (рис. 133). Вначале шпильку ввертывают до отказа в деталь, в кото­рой имеется отверстие с резьбой, после чего устанавливают вторую подсое­диняемую деталь и сверху навинчивают гайку.

Рис. 133

Шпильки по ГОСТ 22042-76 и 22043-76 изготавливают для деталей с гладкими отверстиями. Такие шпильки не ввинчивают, а вкладывают «на проход» с зазором (по типу болтов) в гладкие отверстия двух соединяемых деталей. Затем с обоих сторон на резьбовые концы навинчивают гайки. Шпильки выпускают классов точности А и В с диаметром резьбы 2...48 мм и длиной 10...300 мм. В первом случае это длина стяжного конца, во вто­ром — длина обоих резьбовых концов.

Гайки. Гайки представляют собой один из важнейших элементов резьбо­вого соединения. Они бывают различной формы в зависимости от назначения и условий эксплуатации. Наиболее широко применяют гайки шестигранные, выпускаемые в одном, двух и трех исполнениях (рис. 134). Они могут быть по­вышенной, нормальной и грубой точности, что соответствует классам точнос­ти А, В и С; нормальной высоты ГОСТ 5915-70, низкие ГОСТ 5929-70, высокие ГОСТ 15524-70 и особо высокие ГОСТ 5931-70, с нормальным или уменьшен­ным размером «под ключ», с крупным или мелким шагом резьбы.

Рис. 134

Примечание. Кроме шестигранных в машиностроении широко применяют гайки специальной формы: круглые, квадратные, гайки-барашки и др.

Разновидностями шестигранных гаек служат гайки прорезные и корончатые ГОСТ 5918-73 (рис. 135,1), устанавливаемые на резьбовых соединениях, подлежащих стопорению с помощью шплинтов. Эти гай­ки обычно выполняются с увеличенной общей высотой.

Гайки круглые шлицевые ГОСТ 11871-88 обычно устанавливают на валах для закрепления на них подшипников ка­чения.

При небольших стяжных усилиях и частом завинчивании и отвинчива­нии применяют гайки-барашки с двумя ушками ГОСТ 3032-76  для удобства вращения от руки.

Шайбы. При сборке резьбовых соединений под гайки подкладывают шайбы. Шайбы ставят в тех случаях, когда нужно увеличить опорную по­верхность под гайкой, предохранить поверхность детали от задирания ее гранями гайки или когда наружная поверхность детали имеет неровности и может получиться перекос гайки.

Шайбы различают: обычные круглые ГОСТ 11371-78 (рис. 136, I), пружинные ГОСТ 6402-70 (рис. 136, II), сферические ГОСТ 13438-68 (рис. 13.6, III), косые ГОСТ 10906-78 (рис. 136, IV) и разной формы стопорные деформируемые шайбы. О назначении обычных круг­лых шайб было указано выше. Пружинные шайбы применяют для стопорения резьбовых соединений или для предотвращения резьбо­вого соединения от самопроизвольного развинчивания во время вибра­ций машины или механизма. Сферические шайбы устанавлива­ют на детали со сферическим углублением, что позволяет, например, крюку даже с грузом вращаться вокруг вертикальной оси. Косые шай­бы устанавливают большей частью на полках уголков, швеллеров и дву­тавровых балок, имеющих уклон, для предотвращения перекоса шпиль­ки или болта.

Рис. 136

Шплинты. В резьбовых соединениях шплинты служат для предот­вращения самопроизвольного отвинчивания гаек. В этом случае шплинты чаще всего применяют в паре с корончатой или прорезной гайками (рис. 137). Шплинт узкой частью вставляют в прорезь гайки, а затем в сквозное отверстие болта или шпильки. На выходе из прорези концы шплинта разво­дят и обжимают по граням гайки.

Рис. 138

Трубные резьбовые соединения. Трубопроводы состоят из труб и соединительных частей (отводы, переходы, заглушки, фланцы, фитинги, прокладки, болты, гайки и т. д.). Форма и размеры всех элемен­тов трубных резьбовых соединений регламентированы соответствующими стандартами на изделия. Трубные соединения на цилиндрической резьбе, имеющей по всей длине одну и ту же глубину и постоянный диаметр (кроме двух последних ниток — сбега резьбы), применяются главным образом для соединения труб, арматуры и фитингов, находящихся под небольшим дав­лением в трубопроводной сети (рис. 138,I).

Примечания:

1. Сбег резьбы — участок резьбы неполного профиля, получаемый по технологическим причинам в зоне перехода резьбы изделия к ненарезанной части;

2.Фитинг — обобщенное наименование соединительных фасонных частей трубопровода.

Трубные соединения на конической резьбе более герметичны. Соедине­ние «конус на конус» (рис. 138, II) имеет перед другими большое преимуще­ство, заключающееся в том, что оно дает более плотное соединение без при­менения уплотнительных материалов. Применяются такие соединения в трубопроводных сетях, к которым предъявляются повышенные требования в отношении плотности (непроницаемости).

В связи с тем, что профиль и шаг конической резьбы ГОСТ 6211-81 соот­ветствует профилю и шагу трубной цилиндрической резьбы ГОСТ 6357-73, в практике применяются соединения трубопроводов, имеющих коничес­кую резьбу, с соединительными элементами или арматурой, которые имеют цилиндрическую резьбу (рис. 138, III).

Фасонные соединительные части трубопроводов (фитинги) характеризу­ются большой и разнообразной номенклатурой изделий: муфты, тройники, крестовины, угольники, штуцеры, ниппели и т. д. Некоторые из них приве­дены в табл. 2. Все эти изделия могут быть «прямыми», то есть иметь оди­накового размера резьбу на присоединительных концах, а также «переход­ными» — с разными размерами резьбовых концов.

Фитинги и условное изображение трубного соединения

Таблица 2