18.1.4 Шлицевые соединения

Шлицевые соединения служат для передачи вращающего момента между валами и установленными на них деталями.

Шлицевое соединение можно условно представить как многошпоночное, шпонки которого выполнены вместе с валом. С помощью этого соединения можно обеспечить как подвижное (с осевым относительным перемещением), так и неподвижное скрепление деталей. По сравнению со шпоночными шлицевые соединения имеют значительно большую нагрузочную способность, прочность валов, точность центрирования и направления ступиц в подвижных соединениях.

По форме поперечного сечения шлицев различают прямобочные, эвольвентные и треугольные шлицевые соединения. Наибольшее распространение получили прямобочные шлицевые соединения.

18.2 Неразъемные соединения

Неразъемным называют такое соединение деталей и узлов, разборка которого невозможна без повреждения деталей. Часто неразъемные соединения используют для получения деталей сложной формы и геометрии из простых дешевых элементов. К неразъемным относят сварные, паяные, заклепочные, клеевые и формовочные соединения.

18.2.1 Сварные соединения

Сваркой называют процесс соединения металлических, пластмассовых деталей путем установления межатомных связей между соединяемыми частями при местном нагреве, пластической деформации или одновременном действии того и другого. Соответственно различают термическую, механическую и термомеханическую сварку. Наиболее распространенные виды термической сварки — электродуговая, электроннолучевая, газовая; термомеханической — контактная и термокомпрессионная; механической — трением, холодная и ультразвуковая.

При электродуговой сварке (рис. 18.7, а) электрической дугой в месте контакта электрода 1 и соединяемых деталей 2 расплавляется металл деталей и электрода и получается прочный шов. Защитная обмазка металлического электрода образует при сварке большое количество шлака и газа, которые обеспечивают устойчивое горение дуги и защищают расплавленный металл от окисления. В месте сварки сильно окисляющихся при нагреве алюминиевых и магниевых сплавов, сплавов титана, высоколегированных сталей электрическую дугу окружают слоем инертного газа (аргона или гелия), что сильно удорожает сварку.

При газовой сварке для нагрева и плавления металлов используют теплоту газового пламени при сжигании ацетилена в кислороде. Такую сварку часто применяют для тонкостенных и легко окисляющихся деталей из металлов, обладающих различными температурами плавления, в частности для сварки деталей из конструкционных сталей толщиной до 2 мм, меди — до 4 мм. Газовая сварка вызывает небольшие деформации и структурные изменения.

Рис. 18.7

Электронно-лучевую (лазерную) сварку производят потоком электронов большой энергии. Этим способом обычно сваривают тугоплавкие и сильно окисляющиеся металлы и сплавы. Сварку производят в вакууме или в атмосфере аргона.

Контактная сварка — самый производительный вид сварки в массовом производстве. Различают точечную, стыковую и роликовую (шовную) контактную сварку.

При точечной сварке (рис. 18.7, б) тонкостенные детали соединяют внахлестку. Под действием давления электродов, проводящих ток к месту сварки, образуются точечные сварные соединения. Так как высокие температуры действуют на небольших участках (точках), отсутствует коробление соединяемых деталей. Точечную сварку применяют при изготовлении кожухов, панелей, шасси, стоек и других деталей.

При стыковой сварке (рис. 18.7, в) соединяемые детали сжимают и в зоне контакта при прохождении электрического тока выделяется большое количество теплоты. Стыковой сваркой соединяют детали различных форм и сечений (круг, квадрат, труба, уголок и т.д.).

Роликовую сварку (рис. 18.7, г) осуществляют вращающимися дисковыми электродами. При этом получается непрерывный сварной шов, обеспечивающий герметичное соединение тонкостенных деталей.

Разновидностью контактной сварки является конденсаторная: ток к месту сварки подается в виде короткого импульса при разряде конденсаторов.

Контактная сварка позволяет сваривать разнородные материалы, детали малых толщин и сечений (сварка в «шарик» монтажных приводов) и детали различных сечений.

Термокомпрессионная сварка — это сварка под давлением с местным нагревом участка соединения за счет теплопередачи от нагретого электрода.

Она применяется для присоединения металлических проводников толщиной в десятки микрон к полупроводниковым кристаллам, напыленным пленкам, т.е. при монтаже элементов микросхем.

При сварке трением нагрев в месте соединения осуществляется за счет теплоты, выделяющейся в месте контакта прижатых друг к другу и вращающихся по отношению друг к другу деталей.

Холодная сварка осуществляется без нагрева соединяемых деталей за счет их сжатия с помощью механических и гидравлических прессов до появления пластических деформаций. Холодной сваркой сваривают металлы с хорошими пластическими свойствами: алюминий и его сплавы, медь и некоторые ее сплавы, никель, олово, серебро, разнородные металлы, например алюминий и медь. Для получения прочных и плотных швов необходимо предварительно очистить поверхности контакта от оксидов.

Прочность соединения при точечной холодной сварке может быть выше, чем при точечной контактной сварке, но при этом значительно хуже внешний вид соединения из-за вмятин и пластической деформации.

Ультразвуковая сварка основана на создании в месте соединения деталей переменных напряжений сдвига с частотой ультразвуковых генераторов, преобразующих электрические колебания величин в механические.

Ультразвуковая сварка позволяет сваривать металлы с различными, в том числе неметаллическими, покрытиями, пластмассы.

В зависимости oт взаимного расположения соединяемых элементов различают следующие виды сварных соединений: стыковые (рис. 18.8, а), нахлесточные (рис. 18.8, б), угловые (рис. 18.8, в), тавровые (рис. 18.8, г).

Форму кромок и размеры поперечного сечения стыковых швов определяют в зависимости от толщины свариваемых деталей и вида сварки. Угловые швы в поперечном сечении имеют форму прямоугольного треугольника. В зависимости от расположения по отношению к направлению нагрузки сварные швы делят на лобовые — шов перпендикулярен к направлению нагрузки (рис. 18.8, д), фланговые — шов параллелен направлению нагрузки (рис. 18.8, е), косые и комбинированные (рис. 18.8, ж).

Рис. 18.8

Достоинства сварных соединений — высокая производительность, равнопрочность, герметичность, возможность соединения различных материалов и деталей разных форм, а недостатки — появление остаточных напряжений в местах сварки за счет локального нагрева, что может привести к деформации свариваемых деталей; недостаточная вибрационная и ударная прочность; необходимость проведения термической обработки для снятия остаточных напряжений; сложность контроля дефектов и качества соединения.

Сварные соединения обозначают прямой линией, оканчивающейся стрелкой, направленной к сварному шву (рис. 18.8, д—ж). Линия соединена с полкой, над которой указывают параметры сварного шва. Если лицевая сторона сварного шва не видна, обозначение параметров помещают под полкой. Свойства сварного соединения определяются свойствами материалов или их сочетаний, включая покрытия соединяемых деталей; видом и технологическими параметрами сварки; формой и размерами шва.

Свойство материалов образовывать сварные соединения, отвечающие требованиям конструкции и условиям эксплуатации, оценивается свариваемостью. Из материалов и их сплавов свариваются хорошо, без применения особых методов, малоуглеродистые конструкционные и низколегированные стали (Ст0-СтЗ, 08-25, 15Х, 15Г и др.), алюминий и его сплавы (Д1, Д16, АМц, АМгЗ, АЛ2, АЛ4), медь и ее сплавы (МЗ, ЛС59-1, Л63, БрАЖ9-4, БрОФЮ-1, БрОЦ4-3 и др.); свариваются ограниченно только специальными методами или при определенных режимах сварки среднеуглеродистые стали (30...45, 30Г, 30ХГС и др.); свариваются плохо высокоуглеродистые и высоколегированные стали 65Г, У8, У10, чугуны.

Из неметаллических материалов сваривать можно только термопласты (полиэтилен, полистирол, полипропилен и др.); при этом кромки деталей разогреваются до пластического вязкотекучего состояния, а затем подвергаются сжатию. В качестве присадочного материала применяют пруток из той же пластмассы, что и свариваемые детали. Известныследующие способы сварки пластмасс: ультразвуком, токами высокой частоты, трением, газовыми теплоносителями и нагретыми инструментами.