Прикладна механіка_ЛЕКЦІЇ
.pdf
435
§ 24.3. Короткі відомості про машинобудівні матеріали
Для виготовлення деталей машин застосовують різні матеріали – металеві, неметалеві, композиційні. Правильний вибір матеріалу деталі – важливий етап процесу конструювання і виготовлення, від якого в значній мірі залежить вага, габарити, вартість і довговічність машини.
Тому загальними передумовами вибору матеріалу деталі є експлуатаційна надійність, технологічність і економічність.
Дуже поширеними в машинобудуванні є метали, які розділяють на чорні і кольорові.
Чорні метали (сталі і чавуни) в машинах займають більше 90 % їх ваги. Вони відносно дешеві, мають високу міцність і жорсткість. Основні недоліки чорних металів – значна питома вага і низька корозійна стійкість.
Сталь (вуглецева і легована) – один із основних матеріалів машинобудування.
Сталь вуглецева звичайної якості, яку поставляють за механічними властивостями, позначається так: СтО, Ст1, Ст2, Ст3, ...,Ст6. Нумерують ці сталі в порядку зростання їх твердості, границь міцності і текучості та зниження пластичності.
Сталь вуглецева якісна конструкційна позначається так: Сталь 10,
Сталь 15, Сталь 20, ..., Сталь 55 і т. д., де числа 10, 15, 20, ... показують приблизний вміст вуглецю в сотих частках процента. Якісна вуглецева конструкційна сталь з підвищеним вмістом марганцю позначається так:
Сталь 15Г, Сталь 20Г, Сталь 50Г і т. д.
Сталь легована конструкційна позначається так: Сталь 15Х,
Сталь 35Х, Сталь 40ХНЗА і т. д., де перші дві цифри (І5, 35, 40) показують орієнтовний вміст вуглецю в сотих частках процента, а наступні букви і цифри показують легуючий елемент та його орієнтовний процентний
437
стальних деталей (хромування) або підвищення їх жаростійкості
(алітування, тобто насичення поверхневого шару сталі алюмінієм). Легкі сплави (особливо титанові) мають високу міцність при малій питомій вазі.
Кольорові метали і сплави значно дорожче чорних, але їх цінні властивості, виправдовують застосування деталей із таких матеріалів в залежності від призначення і умов роботи.
Неметалеві матеріали – дерево, шкіра, бавовняні тканини, гума,
скло, азбест, пластмаси, композиційні матеріали.
Серед неметалевих матеріалів все більше застосовуються пластмаси і особливо композиційні матеріали (склопластики, металопластики,
біметали, металокераміка та багато інших).
Пластмаси мають невелику питому вагу, хімічну стійкість, водо –,
масло – і бензостійкість, високі електроізоляційні властивості, достатню механічну міцність, що не поступається у ряді випадків перед міцністю сплавів кольорових металів і чавуну, малу трудомісткість переробки в деталі машин та ін. Але недоліком пластмас є їх низька теплостійкість і старіння, що супроводжується поступовою зміною механічних характеристик, кольору і навіть розмірів деталей.
Композиційні матеріали утворюються сполученням різнорідних компонентів і можуть мати певні високі фізико – механічні властивості,
притаманні кожному із цих компонентів. Тому розробка і застосування нових композиційних матеріалів з підвищеними експлуатаційними якостями є важливим напрямком розвитку сучасного машинобудування.
Із пластмас та композиційних матеріалів виготовляють корпуси апаратів і машин, баки, цистерни, кузови автомобілів, корпуси суден,
шлюпок, яхт, зубчасті колеса, вкладиші підшипників, труби, лопатки компресорів, а також будівельні елементи житлових будинків і промислових споруд.
439
форми і розміри шліцьових з'єднань і т. ін.
На нестандартні вироби завод – виготовлювач має розробляти окремі технічні умови, які також повинні відповідати вимогам певних стандартів.
Із стандартизацією тісно пов’язана уніфікація деталей і складальних одиниць машин.
Уніфікацією називається доцільне скорочення номенклатури,
типорозмірів і конструктивних форм деталей і складальних одиниць,
надання їм однаковості з метою можливого застосування і використання в різних машинах та народногосподарських об'єктах.
Зводячи різні види промислових виробів до невеликої кількості певних типів з універсальними можливостями застосування їх у машинобудуванні, уніфікація дає змогу скоротити номенклатурний список виробів, підвищити якість виробів, зменшити затрати виробництва і збільшити можливість взаємозамінності деталей і складальних одиниць однієї машини деталями і складальними одиницями іншої.
Взаємозамінністю називається властивість конструкції складової частини виробу забезпечити можливість її застосовування замість іншої без додаткової обробки, зі збереженням заданої якості виробу, до складу якого вона входить. Взаємозамінність є важливою рисою сучасного машинобудування, без якої неможливе серійне і масове виробництво.
Таким чином, стандартизація, уніфікація і взаємозамінність створюють сприятливі умови для організації масового виробництва деталей і складальних одиниць на спеціалізованих підприємствах,
зменшують трудомісткість і вартість виготовлення, забезпечують підвищення якості і збільшення довговічності деталей; скорочують час конструювання та освоєння нових машин; спрощують ремонт, зводячи його до заміни спрацьованих або тих, що вийшли з ладу, деталей і складальних одиниць новими, стандартними.
441
РОЗДІЛ 25
НЕРОЗЄМНІ З’ЄДНАННЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
З’єднання деталей машин і інших технічних виробів може бути
нероз’ємними і роз’ємними.
Нероз’ємними називаються з’єднання, які неможливо розібрати без руйнування або пошкодження деталей, що його складають. До них відносяться заклепочні, зварні, клейові, паяні та інші.
На відміну від нероз’ємних з’єднань роз’ємні можливо розібрати і знову зібрати без їх руйнування. До них відносяться різьбові, шпонкові,
шліцьові та інші.
Розглянемо спочатку докладніше основні типи нероз’ємних з’єднань.
§ 25.1. Заклепочні з'єднання
Заклепочне з’єднання здійснюється за допомогою клепок –
конструктивних елементів, які, як правило, являють собою металеві стержні циліндричної форми із закладною головкою на кінці.
Для утворення заклепочного шва стержень заклепки треба ввести в
отвори, продавлені або просвердлені в з'єднуваних деталях, і ударами молотка або тисненням спеціальних клепальних машин за допомогою обтискачів розклепати виступаючий кінець заклепки (утворити замикаючу головку) (рис. 253).
Переваги заклепочних з’єднань:
–висока міцність і надійність з'єднання;
–простота контролю якості з'єднання;
–можливість з'єднання деталей із будь – яких матеріалів;
–незмінність фізико – хімічних властивостей матеріалів деталей
443
Рис. 6.1
Вибухові заклепки (рис. 6.1, г) застосовують при неможливості утворення замикаючої головки звичайними способами (за допомогою клепальної машини або молотка). Трубчасті заклепки, або заклепки – пістони (рис. 6.1, д), в основному застосовують для з'єднання неметалевих матеріалів (шкіра, фібра, прогумована тканина).
За функціональним призначенням заклепочні з'єднання класифікують на міцні і щільні, від яких потрібна не тільки міцність, а і герметичність з'єднання. Заклепки щільних швів ставлять у гарячому стані,
при остиганні вони щільніше притискують поверхні з'єднуваних деталей.
На сьогоднішній час щільні шви майже повністю замінено зварюванням.
За конструктивними ознаками заклепочні з'єднання бувають напускові (рис. 6.2, а), з однією (рис. 6.2, б) і двома (рис. 6.2, в)
накладками; однорядні, дворядні (рис. 6.2, г), трирядні і т.д.
Незважаючи на складну залежність між силами, напруженнями і деформаціями в заклепковому шві, заклепки розраховують тільки на зріз і зминання, а з'єднані деталі – тільки на розтяг (стиск) по ослабленому отворами перерізу.