- швы встык с одной накладкой (Рис. 3 .4, б);

- швы встык с двумя накладками (Рис. 3 .4, в).

по расположению заклёпок:

- однорядные (Рис. 3 .4, а, б, в);

- многорядные:

- а) рядовым построением (Рис. 3 .5, а);

- б) шахматным построением (Рис. 3 .5, б).

по числу заклёпок работающих на срез:

- односрезные (Рис. 3 .4, а, б, г; Рис. 3 .5);

- двухсрезные (Рис. 3 .4, в);

- многосрезные.

по назначению:

- прочные (узлы машин);

- плотные (паровые котлы, баки и т. п.).

Рис. 3.5. Двухрядное параллельное (а) и двухрядное шахматное (б) соединение внахлёстку

3.4.Расчет прочных заклепочных швов

В прочных швах герметичность соединений не требуется, поэтому силы, действующие на соединяемые детали могут быть больше сил трения, развиваемых между этими деталями. Таким образом, при работе прочного шва возможен и допустим сдвиг одной детали относительно другой. Поэтому заклёпки прочных швов рассчитываются на срез и на смятие.

Для данного заклёпочного шва можно записать следующие условия прочности (Рис. 3 .6).

Рис. 3.6. Расчетные схемы односрезного (а – б); двухсрезного (в) заклепочного соединения

На срез заклёпки:

; (3.1)

На смятие между заклёпкой и листом:

; (3.2)

На растяжение (разрыв) листа в сечении, ослабленном отверстиями под заклепки:

; (3.3)

На срез листа одновременно по двум сечениям до кромки листа, в предположении, что срез происходит по длине :

; (3.4)

здесь: F₁ – сила, действующая на участок шва шириной t;

– допускаемое напряжение на срез для листов.

Из уравнений (а) и (б) при _cp.= 1,6 τ_cp. получим:

D = 2s = 2

Из уравнений а и в при

[]_cp.= [τ]_cp. ; d = 2S;

следует, что

t = 2,6d;

Принимают t = 3d

Из уравнений (а) и (г) при [τ^’]_cp = 0,8 [τ]_cp; получим

ℓ ≈ 1,5d;

Принимают

ℓ ≈ (1,5…2)d;

Аналогично получаются подобные соотношения параметров для других типов швов. Зная размеры заклёпочного вала, надо проверить заклёпки на срез

и на смятие

.

Здесь: F₁ – сила, действующая на одну заклёпку; n – число срезов заклёпки.

При симметрично действующей силе F необходимое число заклёпок (z) определяется из соотношения:

;

Полученное число заклёпок Z проверяют расчётом заклёпок на смятие:

;

При действии на заклёпочный шов знакопеременных нагрузок, допускаемые напряжения для низкоуглеродных сталей ст. 2, ст. 3, сталь 10, сталь 20 понижают умножением на коэффициент γ:

где: p_min и p_max – соответственно минимальное и максимальное значение нагрузки, взятое со своим знаком.

Действительные напряжения в листе, в сечении, ослабленном отверстиями под заклепки равно:

;

а в неослабленном сечении по основному металлу:

;

Отношение называется коэффициентом прочности шва.

;

Так как расчёт соединяемых заклёпками деталей производится по сечению, ослабленному отверстиями, то при этом следует учитывать коэффициент φ.

Например, площадь поперечного сечения (брутто) детали, работающей на растяжение от силы F

;

здесь: [φ] – допускаемый коэффициент прочности шва.

Величиной [φ] задаются в пределах 0,6…0,85; затем устанавливается тип шва.

Определяют его параметры d, t и f.

Если окажется, что предварительно принятая величина [φ] значительно отличаются от действительной величины φ, то расчёт уточняется.

3.5.Условное изображение заклепочных швов на чертеже

Изображение большой группы заклёпок на чертёже достаточно трудоёмко. Можно значительно снизить сложность применяя на чертежах условные изображения согласно ГОСТ 2.313-68. Примеры условных изображений соединений, получаемых клёпкой, приведены в таблице 1.

4.Сварные соединения

4.1.Общие сведения

Сварные соединения относятся к неразъемным соединениям. Сварка – это технологический процесс соединения металлических деталей, основанный на использовании сил молекулярного сцепления. Сварка осуществляется при сильном местном нагреве деталей до расплавленного состояния сварка плавлением, или до пластического состояния с применением механического усилия сварка давлением.

Сварка является одним из самых распространённых современных способов получения различных машиностроительных, строительных и других конструкций, сваркой изготавливаются станины, рамы, барабаны, фермы, зубчатые колёса, шкивы, звёздочки, маховики и др. Затвердевший после сварки металл, соединяющий сваренные детали, называется сварным швом.

В зависимости от формы энергии, используемой для образования сварного соединения, все виды сварки разделяют на три класса: термический, термомеханический и механический.

К термическому классу относятся виды сварки, осуществляемые плавлением с использованием тепловой энергии (дуговая, плазменная, электрошлаковая, электронно-лучевая, лазерная, газовая и др.).

К термомеханическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованием тепловой энергии и давления (контактная, диффузионная и др.).

К механическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления (ультразвуковая, взрывом, трением, холодная и др.).

По сравнению с клёпаными и литыми, сварные конструкции обеспечивают значительную экономию металла и снижение трудоёмкости. Применение сварки вместо клёпки даёт экономию в весе конструкции до 10…20% . Экономия в весе сварных конструкций по сравнению с чугунными литыми доходит до 50%, а по сравнению со стальными литыми – до 30%.

В связи с этим в настоящее время сварные конструкции, за исключением некоторых случаев, вытеснили клёпанные как из машиностроения, так и из строительства.

Недостатки сварных соединений:

а) возникновение остаточных напряжений в свариваемых элементах после окончания сварки;

б) коробление;

в) плохое восприятие переменных и особенно, вибрационных нагрузок;

г) сложность контроля качества сварного шва.

4.2.Принцип действия дуговой сварки

Наибольшее распространение в машиностроении получила электродуговая, в результате которой около свариваемых мест образуется электрическая дуга, расплавляющая металл.

Дуга – мощный стабильный разряд электричества в ионизированной атмосфере газов и паров металла. Ионизация дугового промежутка происходит во время зажигания дуги и непрерывно поддерживается в процессе ее горения. Процесс зажигания дуги в большинстве случаев включает в себя три этапа: короткое замыкание электрода на заготовку, отвод электрода на расстояние 3-6 мм и возникновение устойчивого дугового разряда.

Источником теплоты при дуговой сварке служит электрическая дуга, которая горит между электродом и заготовкой. В зависимости от материала и числа электродов, а также способа включения электродов и заготовки в цепь электрического тока различают следующие способы дуговой сварки:

а) сварка неплавящимся (графитным или вольфрамовым) электродом, дугой прямого действия, при которой соединение выполняется путем расплавления только основного металла, либо с применением присадочного металла;

б) сварка плавящимся (металлическим) электродом, дугой прямого действия, с одновременным расплавлением основного металла и электрода, который пополняет сварочную ванну жидким металлом;

в) сварка косвенной дугой, горящей между двумя, как правило, неплавящимися электродами. При этом основной металл нагревается и расплавляется теплотой столба дуги;

г) сварка трехфазной дугой, при которой дуга горит между электродами, а также между каждым электродом и основным металлом.

4.3.Классификация способов сварки

Ручная дуговая сварка металлическим электродом осуществляется вручную посредством возбуждения дуги между свариваемыми детали и электродом.

Впервые в 1882 г. Н. И. Бенардос предложил сварку угольным электродом, а в 1888 г. Н. Г. Славянов заменил угольный электрод металлическим. Сварка, рекомендуется для индивидуального производства для соединения деталей толщиной 1…60 мм.

Автоматическая электродуговая сварка металлическим электродом под слоем флюса.

Способ разработан институтом электросварки.

АН УССР под руководством академика Е. О. Патона. Сварка осуществляется автоматически специальной установкой и под флюсом в состав его входят шлакообразующие, легирующие и раскислительные составляющие. Возможна сварка деталей толщиной 2…130 мм. Производительность и качество высокое.

Электрошлаковая сварка металлическим электродом отличается от электродуговой тем, что в ней источником нагрева тепло, выделяемое при прохождение электрического тока через шлаковую ванну от электрода к изделию. Тепло расплавляет основной и присадочный материалы. Применяется для сварки стальных деталей толщиной от 30 мм до 1…2 метров станины прокатных станков, прессов, молотов и т.п.

Электрическая монтажная сварка основана на нагреве стыковых концов торцов свариваемых деталей выделяющимся теплом при прохождении через них электрического тока. Способ наиболее рентабельный при массовом производстве.

Электрическая контактная роликовая сварка применяется для получения герметических швов в тонколистовых конструкциях.

Электрическая контактная точечная сварка применяется для тонколистовых конструкций, в которых не требуется герметичность швов.

Для дуговой сварки применяют электроды с различной обмазкой, которые маркируют по ГОСТ 9467-75. Для сварки конструкционных сталей рекомендуют электроды: Э42, Э42А, Э50, Э50А, Э55 и др. Число после буквы Э обозначает минимальный гарантируемый предел прочности металла шва в кгс/мм². Буква А обозначает гарантируемое получение повышенных пластических свойств металла шва. Для неответственных швов применяют электроды марки: Э34 с тонизирующим покрытием (мел).

Контактная сварка относится к видам сварки с кратковременным нагревом места соединения без оплавления или с оплавлением и осадкой разогретых заготовок. Характерная особенность этих процессов – пластическая деформация, в ходе которой формируется сварное соединение.

Место соединения разогревается проходящим по металлу электрическим током, причем максимальное количество теплоты выделяется в месте сварочного контакта.

На поверхности свариваемого металла имеются пленки оксидов и загрязнения с малой электропроводимостью, которые также увеличивают электросопротивление контакта. В результате в точках контакта металл нагревается до термопластического состояния или до оплавления. При непрерывном сдавливании нагретых заготовок образуются новые точки соприкосновения, пока не произойдет полное сближение до межатомных расстояний, т. е. сварка поверхностей.

Контактная сварка позволяет соединять различные материалы и сплавы в разнообразных сочетаниях.

Шовная сварка – разновидность контактной сварки, при которой между свариваемыми заготовки образуется прочное и плотное соединение. Электроды выполняют в виде плоских роликов, между которыми пропускают свариваемые заготовки.

В процессе шовной сварки листовые заготовки соединяют внахлестку, зажимают между электродами и пропускают ток. При движении роликов по заготовкам образуются перекрывающие друг друга сварные точки, в результате чего получается сплошной геометрически шов. Шовную точку, так же как и точечную, можно выполнить при двусторонней и односторонней расположениях электродов.

Шовную сварку применяют в массовом производстве при изготовлении различных сосудов. Толщина свариваемых листов составляет 0,3 – 3 мм. Шовной сваркой выполняют те же типы сварных соединений, что и точечной, но используют для получения герметичного шва.

Точечная сварка – разновидность контактной сварки, при которой заготовки соединяются в отдельных точках. При точечной сварке заготовки собирают внахлестку и зажимают между электродами, подводящими ток к месту сварки. Соприкасающиеся с медными электродами поверхности свариваемых заготовок нагреваются медленнее их внутренних слоев. Нагрев продолжается до пластического состояния внешних слоев и до расплавления внутренних слоев. Затем выключают ток и снимают давление. В результате образуется литая сварная точка.