Elementy oraz zespoły maszyn i urządzeń mogą być ze sobą łączone
bezpośrednio lub za pomoc elementów pośrednich - łączników (nitów, kołków, śrub itp.).

Zadaniem połączeń jest przenoszenie obciążeń mechanicznych lub przewodzenie prądu, przy czym oba te zadania są czasem wykonywane przez te same elementy.

Połączenia raz wykonane, które nie mogą być rozłączone bez zniszczenia (uszkodzenia) elementów łączonych lub łączników, nazywamy nierozłącznymi. Połączenia, które mogą być wielokrotnie łączone i rozłączane, nazywamy rozłącznymi.

1. Połączenia nierozłączne

1. Połączenia spawane

Połączenia spawane otrzymuje się przez stopienie w miejscu połączenia materiału części łączonych. z materiałem dodatkowym spoiwem, które razem tworzą spoinę. Spoiwo powinno być materiałem o składzie identycznym lub zbliżonym do składu materiału połączonego.

Połączenia spawane wykazują następujące zalety:

• odznaczają się niskim kosztem wykonania,

• w konstrukcji prawie nie zajmują miejsca,

• materiał spoiny i części łączonych jest prawie jednorodny, przez co wytrzymałość połączenia jest bliska wytrzymałości materiału części łączonych,

• nie występuje w nich korozja elektrochemiczna,

• stanowi dobre połączenie elektryczne,

• zapewniają szczelność połączenia.

Wadą połączeń spawanych jest miejscowe nagrzewanie części łączonych do bardzo wysokiej temperatury (dla stali ponad 3000°C), co powoduje, że w pobliżu spoiny zachodzą zmiany struktury materiału. Podczas stygnięcia powstają naprężenia wewnętrzne, które mogą być przyczyną odkształceń lub pęknięć, często występujących po pewnym czasie, szczególnie w wyniku oddziaływania na złącze drgań mechanicznych.

Z tego względu wskazane jest duże elementy przed spawaniem podgrzewać,
a po spawaniu powoli studzić lub poddawać odpowiedniej obróbce cieplnej, w celu usunięcia naprężeń i ujednolicenia struktury materiału.

Przy łączeniu elementów używane są najczęściej dwa typy spoin:

• czołowe,

• pachwinowe.

Rys. 1 Połączenia spawane czołowe: a) dwóch blach; b) dwóch prętów; c) dwóch rur
1, 2 - elementy łączone, 3 - spoina

Rys. 2 Połączenia spawane pachwinowe: a) dwóch blach równoległych; b) dwóch blach prostopadłych; c) dwóch prętów; d) dwóch rur
1, 2, - elementy łączone, 3, 4 - spoiny

Spoiny czołowe są wytrzymalsze od pachwinowych, lecz trudniejsze do wykonania. Aby wytrzymałość spoiny była nie mniejsza od wytrzymałości elementów łączonych, jej przekrój niebezpieczny powinien być większy o 15÷35% od przekroju elementów łączonych. Do obliczeń wytrzymałościowych spoin czołowych przyjmuje się grubość g spoiny równą grubości cieńszego z łączonych elementów; dla pachwinowych - równą wysokości h trójkąta równoramiennego wpisanego w przekrój spoiny. Przyjmuje się również, że powstające na końcach spoiny kratery zmniejszają jej długość o podwójną grubość spoiny. Spawanie w połączeniach elektrycznych stosuje się wówczas,
gdy zależy na bardzo dużej niezawodności połączenia oraz gdy temperatura połączenia może być w pewnych warunkach zbyt wysoka dla połączeń innych rodzajów,
np. lutowanych lub gwintowych.

Spawanie żył kabli stosuje się ze względu na dużą niezawodność, a przewodów szynowych ze względu na wysoką dopuszczalną temperaturę pracy, przez co uzyskuje się większą długotrwałą obciążalność prądową niż w przypadku połączenia śrubami.

Ciepło potrzebne do topienia metalu w procesie spawania jest otrzymywane jest przez spalanie gazu - spawanie gazowe lub z łuku elektrycznego - spawanie elektryczne.

Procesy spawalnicze prowadzone są na ogół przy użyciu skupionych źródeł ciepła, powodujących miejscowe nagrzewanie do temperatur właściwych dla danego materiału rodzimego oraz rodzaju stosowanego procesu. Temperatura ta w przypadku spawania zawsze przekracza temperaturę topnienia metalu. Natomiast w większości przypadków zgrzewania powinna być na tyle wysoka, aby umożliwić w miejscu łączenia łatwy przebieg odkształceń plastycznych i procesów fizykochemicznych związanych
z utworzeniem złącza. Biorąc pod uwagę, że spawalnicze źródła ciepła oprócz oddziaływania korzystnego wywierają oddziaływanie niekorzystne, należy dążyć
do tego, ażeby nieodzowna ilość ciepła została wprowadzona w miejscu spawania
w sposób najbardziej skoncentrowany.

Do spawalniczych źródeł ciepła między innymi zaliczamy:

• łuk elektryczny,

• strumień plazmy niskotemperaturowej,

• strumień elektronów,

• promień laserowy,

• rezystancję łączonych metali, na których wydzielane jest ciepło,

• tarcie mechaniczne,

• pole elektromagnetyczne,

• płomień gazowo-tlenowy.

1. Spawanie elektrodami otulonymi

W spawaniu łukowym wykorzystuje się zarówno prąd stały jak i przemienny
o częstotliwości sieciowej, obniżonej lub podwyższonej. Podstawowymi parametrami łuku spawalniczego są: napięcie, natężenie i jego długość, między którymi istnieją bezpośrednie związki mające istotny wpływ na warunki i efekt spawania. Łuk umownie dzieli się na trzy części nazwane strefą katodową, słupem łuku i strefą anodową.

Rozkład i wartość napięcia w łuku zależą od materiału elektrod i składu atmosfery łuku (ich potencjału jonizacyjnego), długości łuku oraz wartości prądu spawania. Suma spadków napięcia katodowego i anodowego
. Spadek napięcia
w słupie łuku zależy od jego długości i wynosi ok.
. Całkowita wartość spadku napięcia łuku w powszechnie stosowanych metodach spawania wynosi ok.
przy natężeniu prądu
.

Łuk spawalniczy jest zwykle utrzymywany między elektrodą a spawanym przedmiotem. Niezależnie od biegunowości jest on węższy przy elektrodzie i rozszerza się w kierunku materiału spawanego. Słup łuku jest elektrycznie obojętny. Temperatura łuku jest najwyższa w miejscu jego maksymalnej koncentracji. Ilość ciepła wydzielanego na anodzie jest większa niż w katodzie. Jeżeli biegunem dodatnim jest elektroda topliwa, to wydajność jej stapiania (również temperatura) jest wyższa niż przy biegunowości ujemnej, a głębokość wtopienia w spawany materiał umiarkowana. Podczas spawania prądem przemiennym rozkład ciepła i temperatury
w łuku są zrównoważone.

Spawanie łukowe elektrodami otulonymi polega na łączeniu elementów przy użyciu metalowej elektrody, która stapiając się w łuku elektrycznym, tworzy razem
z nadtopionym metalem spawanym spoinę. Elektrodą jest metalowy pręt o określonej średnicy i długości, pokryty sprasowaną masą o specjalnych właściwościach, zwaną otuliną. Proces spawania jest z zasady ręczny, ponieważ spawacz dosuwa elektrodę
w miarę jej stapiania do metalu spawanego utrzymując łuk o stałej długości
i jednocześnie przesuwa jej jarzący się koniec wzdłuż linii spawania.

Rys. 3 Schemat spawania łukowego elektrodą otuloną

Źródłem ciepła niezbędnego do stapiania elektrody i metalu spawanego jest łuk elektryczny o określonym napięciu i natężeniu. Energię do jego jarzenia uzyskuje się
ze spawalniczego źródła prądu stałego o charakterystyce stromo opadającej lub prądu przemiennego. Natężenie prądu dobiera spawacz w zależności od średnicy elektrody, jej gatunku i pozycji spawania. Wartość natężenia w amperach wynosi
gdzie d jest średnicą rdzenia elektrody w mm. Mniejsze wartości przyjmuje się
do spawania w pozycjach przymusowych, np. pułapowej, naściennej i wykonywania pierwszego ściegu tzw. przetopowego. Zbyt niskie natężenie powoduje niestabilne jarzenie się łuku, a za wysokie nadmierny rozprysk i niepożądane przegrzewanie otuliny. Napięcie łuku jest parametrem wynikowym (nienastawianym przez spawacza)
i wynosi
.

Przy spawaniu prądem stałym ilość ciepła na biegunie dodatnim stanowi 65% całkowitego ciepła wydzielanego w łuku. Biegunowość ma wpływ na prędkość stapiania elektrody i głębokość wtopienia w materiał spawany. Spawanie prądem przemiennym charakteryzuje się równomiernym rozkładem ciepła, lecz mniejszą stabilnością jarzenia się łuku. Maksymalna temperatura w łuku osiąga

Na biegunie dodatnim wynosi
, a na ujemnym ok.

Metoda spawania elektrodami otulonymi jest najbardziej uniwersalna, ponieważ znajduje zastosowanie w łączeniu:

• elementów zarówno cienkich (powyżej 1,5 mm), jak i grubych. Natomiast elementy o grubości powyżej ok. 4 mm wykonuje się wielowarstwowo;

• różnych rodzajów i gatunków metali i stopów (istnieje bardzo duży wybór elektrod). Spawa się głownie stale niestopowe i stopowe, żeliwa oraz nikiel, miedź i ich stopy;

• wszystkich rodzajów złączy, w dowolnych pozycjach, warunkach polowych (przy niewielkim wietrze), na wysokościach, gdyż urządzenia są proste i łatwo przenośne;

• ponadto jakość spoin jest zwykle wysoka, lecz uwarunkowana umiejętnościami spawacza.

1. Spawanie łukowe elektrodą topliwą w osłonie gazowej
   (MAG i MIG)

Proces spawania metodami MAG i MIG polega na topieniu metalu łączonego i elektrody w postaci drutu ciepłem pochodzącym z łuku jarzącego się w osłonie gazu między metalem spawanym i elektrodą. Jeżeli osłoną łuku i ciekłego stopiwa są tylko gazy chemicznie obojętne (Ar, He, Ar + He), to proces nosi nazwę MIG (ang. Metal Inert Gas), gdy zaś w skład osłony wchodzą gazy aktywne (CO₂, O₂, H₂, N₂) użyte oddzielnie lub jako mieszanki z Ar i/lub He, to proces nazywa się MAG (ang. Metal Active Gas). Używa się również wspólnego dla obu metod spawania skrótu GMAW (ang. Gas Metal Arc Welding). Jakkolwiek w metodach tych do spawania używa się drutów litych i proszkowych z rdzeniem topnikowym oraz metalowym, to powszechnie przyjmuje się, że stosuje się w nich druty lite.

Mechanizm przenoszenia metalu w łuku jest istotnym parametrem procesu i rozróżnia się tutaj jego trzy zasadnicze rodzaje :

• Sposób spawania łukiem krótkim lub ze zwarciowym przenoszeniem metalu,
  w którym metal topi się tworząc duże krople o średnicy często większej niż średnica drutu elektrodowego. Gdy na końcu elektrody tworzy się kropla, styka się ona z jeziorkiem spawalniczym i tworzy zwarcie z nagłym wzrostem prądu. Napięcie powierzchniowe powoduje efekt ściśnięcia, który oddziela kroplę
  od elektrody. Częstotliwość tego jawiska jest rzędu od 20 Hz do 100 Hz,
  co odpowiada czasowi cyklu od 0,01 s do 0,05 s.

• Sposób przenoszenia kroplowego lub grawitacyjnego. Podobnie jak
  w poprzednim przypadku, topienie odbywa się w postaci dużych kropli, które odrywają się, gdy ich ciężar jest wystarczający dla pokonania sił napięcia powierzchniowego i z racji większej długości łuku spadają swobodnie zanim zetkną się z jeziorkiem spawalniczym.

• Sposób przenoszenia natryskowego obejmuje gęstości prądu powyżej pewnego poziomu przejścia, rzędu 200 A/mm2. Elektroda topi się dając strumień małych kropelek. Gdy gęstość prądu dalej się zwiększa, koniec elektrody staje się stożkowy i strumień jeszcze mniejszych kropelek uwalnia się osiowo.

Metoda spawania GMAW wymaga gazu ochronnego aby zapobiec utlenianiu w łuku spawalniczym. Argon z dodatkiem 2% tlenu (O2) daje stabilny łuk i nadaje się do większości zastosowań. Argon z dodatkiem 3% dwutlenku węgla (CO2) przynosi podobny wynik. Prędkość spawania i głębokość wtopienia można czasami zwiększyć przez dodanie helu (He) i wodoru (H2) do mieszanki argon + O2 lub argon + CO2, jako gazu ochronnego. Gazy o większej zawartości CO2 (metoda MAG) mają tendencję do znacznego nawęglania jeziorka spawalniczego łącznie z utlenianiem chromu. Z tego więc powodu nie są one zalecane.

Rys. 4 Schemat spawania łukowego metodą MIG/MAG

1. Spawanie łukowe elektrodą nietopliwą w osłonie gazu obojętnego (TIG)

Spawanie TIG jest jednym z podstawowych procesów stosowanych do wytwarzania konstrukcji, zwłaszcza ze stali wysokostopowych. Metodę tę stosuje się
do wykonywania połączeń w szerokim zakresie grubości łączonych elementów
od dziesiątych części milimetra do nawet kilkuset. Metodą tą można wykonywać połączenia w sposób ręczny, półautomatyczny oraz automatyczny, dzięki czemu doskonale sprawdza się w warunkach warsztatowych i montażowych, we wszystkich pozycjach spawania. Urządzenia do spawania metodą TIG są tanie i łatwe w obsłudze.

Rys. 5 Schemat spawania łukowego metodą TIG

Podstawowe parametry procesu spawania TIG:

• rodzaj i natężenie prądu [A],

• napięcie łuku [V],

• prędkość spawania [m/min],

• rodzaj i natężenie przepływu gazu ochronnego [l/min],

• rodzaj materiału i średnica elektrody nietopliwej [mm],

• średnica (wymiary) materiału dodatkowego [mm].

Spawanie metodą GTAW/TIG przebiega z wykorzystaniem prądu stałego lub przemiennego. Prądem stałym można spawać z biegunowością ujemną (elektroda podłączona do bieguna ujemnego) lub dodatnią. Spawanie z biegunowością ujemną stosuje się przy osłonie argonu lub helu. Takie podłączenie jest stosowne do spawania prawie wszystkich metali. Dodatnia biegunowość elektrody powoduje jej silne nagrzewanie co wymaga stosowania elektrod o większych średnicach oraz ogranicza natężenie prądu spawania. Zaletą takiego podłączenia jest powstanie zjawiska katodowego czyszczenia metalu w miejscu wykonywania połączenia. Spawanie prądem przemiennym, przy biegunowości dodatniej umożliwia wykorzystanie zjawiska rozpylania warstwy tlenków bez specjalnych ograniczeń prądowych. Nowoczesne urządzenia spawalnicze pozwalają na spawanie prądem stałym pulsującym
z wykorzystaniem biegunowości ujemnej. Dzięki impulsowemu przebiegowi prądu spawania spoina składa się z kolejnych zachodzących na siebie spoin punktowych. Odpowiednie dobranie parametrów spawania pozwala na znaczne ograniczenie naprężeń i odkształceń spawalniczych, co pozwala na wyeliminowanie zabiegów cieplnych po spawaniu. Metoda GTAW/TIG z pulsującym przebiegiem prądu jest najefektywniejszym sposobem łączenia blach o grubościach do 3mm.

Podstawowe gazy ochronne stosowane do spawania GTAW/TIG to gazy obojętne: Argon, Hel lub ich mieszanki, ewentualnie z domieszką wodoru. Niekiedy do gazu obojętnego dodawany jest azot, który jest odpowiedzialny za podwyższenie temperatury łuku i umożliwienie spawania z dużymi prędkościami spawania. Gaz ochronny ma za zadanie nie tylko osłaniać elektrodę nietopliwą i obszar spawania przed dostępem atmosfery, ale decyduje również o napięciu łuku, kształcie spoiny a nawet składzie chemicznym stopiwa.

Podstawowymi właściwościami fizycznymi gazów ochronnych, decydującymi o ich wpływie na proces spawania GTAW/TIG są:

• energia jonizacji,

• przewodnictwo cieplne,

• ciężar właściwy,

• punkt rosy,

• dysocjacja i rekombinacja gazu.

Zastosowanie określonego gazu ochronnego w zależności od zastosowanej metody spawania pozwala na uzyskanie optymalnych parametrów spawania jak i samego połączenia.

Główne zalety metody GTAW/TIG zastosowanej do stali nierdzewnych można podsumować w sposób następujący:

• skoncentrowane źródło ciepła powodujące powstanie wąskiej strefy stopienia,

• bardzo stabilny łuk i spokojne, niewielkie jeziorko spawalnicze; nie ma rozprysków i ponieważ nie ma potrzeby stosowania topnika w tej metodzie, wyeliminowane są pozostałości utleniania, co upraszcza znacznie problem końcowego czyszczenia,

• doskonała jakość metalurgiczna z dokładną kontrolą wtopienia i kształtu spoiny we wszystkich pozycjach spawania,

• dobre spoiny wolne od porów,

• bardzo małe zużycie elektrod,

• łatwość opanowania techniki spawania.

1. Spawanie łukowe elektrodą nietopliwą w osłonie gazów obojętnych (PAW)

Do wytworzenia plazmy, czyli zjonizowanego gazu wymagane jest nagrzanie go
do dostatecznie wysokiej temperatury. Spawanie może być prowadzone przy użyciu elektrody nietopliwej (metoda plazmowa GTA) i elektrody topliwej (metoda plazmowa GMA). Plazmą łuku spawalniczego jest gaz nagrzany do stanu, w którym jest on przynajmniej częściowo zjonizowany i dzięki temu zdolny do przewodzenia prądu elektrycznego. Temperatury występujące w łuku w metodzie TIG są rzędu 6000 °C,
a kolumna łuku ma kształt stożka, natomiast przy spawaniu plazmowym łuk jest ogniskowany dzięki specjalnie zaprojektowanej dyszy chłodzonej wodą. Zaletą takiego rozwiązania poza zawężeniem łuku jest wzrost jego temperatury do około 20000°C. Gaz ten wypływając z dyszy jako zjonizowany strumień o wysokiej temperaturze niesie olbrzymią energię, która jest niezbędna do spawania “z oczkiem”. Taka technika spawania pozwala w jednym przejściu wykonać spoinę w materiale o grubości od 3
do 15 mm, z bardzo korzystnym zarysem wtopienia i minimalnym odkształceniu
po spawaniu. Uzyskiwane prędkości spawania są o 40 - 80% wyższe niż przy metodzie TIG.

Spawanie plazmowe znalazło zastosowanie m.in. przy spawaniu rur. Ale większe rozpowszechnienie zyskała odmiana niskoprądowa jako spawanie mikroplazmowe, szczególnie korzystne przy łączeniu bardzo cienkich blach o grubościach od 0,1 mm.

Parametry spawania w metodzie spawania plazmowego GTA:

• rodzaj i natężenie prądu [A],

• napięcie łuku [V] i odległość dyszy od spawanego przedmiotu [mm],

• prędkość spawania [m/min],

• rodzaj i natężenie przepływu gazu plazmowego [l/min],

• rodzaj i natężenie przepływu gazu ochronnego [l/min],

• rodzaj i średnica elektrody wolframowej [mm],

• kształt i wymiary dyszy plazmowej [mm].

1. Spawanie laserowe przy zastosowaniu skoncentrowanej i spójnej wiązki światła - LBW (Laser Beam Welding)

Spawanie laserowe polega na stapianiu obszaru styku łączonych przedmiotów ciepłem otrzymanym w wyniku doprowadzenia do tego obszaru skoncentrowanej wiązki światła koherentnego, o bardzo dużej gęstości mocy, ok. l02 do 1011 W/mm2 . Spawanie odbywać się może techniką z jeziorkiem spoiny, jak w klasycznym spawaniu łukowym, lub techniką z pełnym przetopieniem złącza, w jednym przejściu lub wielowarstwowo, bez lub z materiałem dodatkowym, czyli techniką z oczkiem spoiny. Bardzo duże gęstości mocy wiązki laserowej zapewniają, że energie liniowe spawania są na poziomie minimalnych energii wymaganych do stopienia złącza, a strefa wpływu ciepła i strefa stopienia są bardzo wąskie. Jednocześnie odkształcenie złączy jest
tak małe, że spawane przedmioty mogą być wykonywane na gotowo, a po spawaniu
nie jest wymagana dodatkowa obróbka mechaniczna. Wyróżnia się lasery małej mocy, które są wykorzystywane w elektronice do spawania punktowego oraz lasery dużej mocy (powyżej 1,5 kW) pozwalające spawać z oczkiem.

W przypadku spawania laserem nie jest potrzebna próżnia, ponieważ wiązka
bez przeszkód przenika przez powietrze. Przez to spoina jest narażona
na zanieczyszczenia i wymagane jest stosowanie gazów ochronnych. Do spawania używane są zarówno lasery CO2 jak i Nd:YAG. Od wielu lat lasery Nd:YAG o mocy 100-500 W znajdują zastosowanie do spawania niewielkich elementów jak przyrządy medyczne, obudowy sprzętu elektronicznego. Lasery Nd:YAG dużej mocy często
są wyposażane w tzw. miękką optykę i współpracują z robotami. Zasada procesu spawania polega na lokalnym podgrzaniu materiału poprzez skupienie promienia. Wskutek parowania otrzymuje się kapilarę względnie oczko, którego średnica odpowiada 1,5 - 2 razy średnicy punktu skupienia. Zamknięciu się kapilary zapobiega ciśnienie oparów. Do spawania laserami CO2 najczęściej stosuje się gazy: Ar, N2, CO2 lub He, które wspomagają ten proces, dzięki nim można osiągnąć głębokość spoiny
do 25mm, służą one jednocześnie do ochrony wytopu przed skutkami utleniania.

Rys. 6 Schemat spawania laserowego

Do celów spawalniczych wykorzystuje się lasery o działaniu impulsowym (rubinowe, Nd:Glass, YAG) lub ciągłym (CO2). Wiązka laserowa przechodząc z lasera do przedmiotu spawanego poprzez system przesłon zwierciadeł i elementów optycznych jest ogniskowana w obszarze spawania. Wiązka światła laserowego padając na powierzchnię metalu ulega intensywnemu odbiciu w zależności od rodzaju metalu
i stanu jego powierzchni. Współczynnik absorpcji energii kwantów promieniowania wynosi tylko 1-5% dla laserów CO2 i 2-30% dla laserów stałych. Efektywność spawania laserowego zależy więc od absorpcji energii wiązki laserowej przez powierzchnie spawanego przedmiotu. Dlatego też istotnym problemem przy spawaniu laserowym jest odpowiednie przygotowanie (zmatowienie, poczernienie) powierzchni, na którą pada wiązka laserowa. Spoiny wykonane spawarką laserową o działaniu ciągłym nie różnią się od spoin wykonanych wiązką elektronów, natomiast wykonane spawarką impulsową składają się ze zbioru częściowo pokrywających się spoin punktowych odpowiadających poszczególnym impulsom. Spawanie laserowe może odbywać się z dodatkiem lub bez dodatku spoiwa, w jednym przejściu
lub wielościegowo. Złącza o małych grubościach oraz złącza metali bardzo dobrze spawalnych wiązką laserową spawa się w jednym przejściu, bez materiału dodatkowego. Spawanie laserowe pozwala łączyć przy równej lub nawet wyższej jakości wszystkie metale i stopy spawane elektronowo.

Parametry spawania laserowego:

• moc wiązki światła laserowego ciągłego [kW],

• energia impulsu światła laserowego w kJ, czas jego trwania w ms i częstotliwość powtarzania impulsu w Hz,

• prędkość spawania [m/min],

• długość ogniska wiązki laserowej [mm],

• średnica wiązki laserowej [mm],położenie ogniska wiązki laserowej względem złącza [mm],

• rodzaj i natężenie przepływu gazu ochronnego [l/min].

Metoda spawania laserowego wykazuje szereg zalet:

• wysoka gęstość mocy (spawanie typu kapilarnego),

• wąska spoina,

• wąska strefa wpływu ciepła,

• wysoka prędkość procesu,

• nie wymaga spoiwa,

• spawanie z wysoką precyzją,

• wysoka czystość procesu,

• łatwość automatyzacji.

1. Lutowanie

Lutowanie polega na łączeniu metali, pozostających w stanie stałym, za pomocą roztopionego metalu - spoiwa, zwanego lutem wprowadzonego do szczeliny między elementami i łączącego je dzięki zjawisku przyczepności powierzchniowej przy nieznacznym dyfundowaniu (przenikaniu) w głąb metalu rodzimego. Między łączone części doprowadza się ciekłe spoiwo metalowe o niższej temperaturze topnienia niż metal rodzimy.

Luty są to materiały o niższej temperaturze topnienia od materiału części łączonych. Rozróżnia się luty miękkie o temperaturze topnienia poniżej 300°C i luty twarde o temperaturze topnienia powyżej 550°C. Przy lutowaniu nie zachodzi nadtopienie łączonych części. Roztopiony lut łączy się z materiałem części łączonych dzięki zjawisku kohezji (spójności międzycząsteczkowej) i nieznacznemu dyfundowaniu (przenikaniu) w głąb materiału rodzimego.

Rozróżniamy wiele sposobów lutowania:

1. miękkie:

• lutowanie za pomocą lutownicy;

• lutowanie piecowe;

• lutowanie kąpielowe;

• lutowanie indukcyjne;

• lutowanie płomieniowe.

2. twarde:

• lutowanie gazowe;

• lutowanie elektryczne oporowe i indukcyjne;

• lutowanie piecowe;

• lutowanie kąpielowe;

Odpowiednie wykonanie złącza zależy od wielu czynników, między innymi:

• od doboru lutu; Lut powinien mieć niższą temperaturę topnienia niż lutowane metale oraz powinien dobrze zwilżać łączone części. Zakres temperatury krzepnięcia lutowiny powinien być mały. Bardzo ważne jest, aby w obszarze złącza lut trwożył z metalem roztwory stałe;

• doboru metody lutowania; Metodę lutowania dobieramy w zależności od tego co lutujemy np.: Lutowanie miękkie stosuje się do połączeń obciążonych niewielkimi siłami, w celu otrzymania połączeń szczelnych oraz w szerokim zakresie - w elektrotechnice. Lutowanie twarde umożliwia łączenie blach, kształtowników, części mechanizmów, elementów narzędzi skrawających itd.

• przygotowania materiału; Podobnie jak w klejeniu również podczas lutowania przygotowanie materiały polega na oczyszczeniu go mechanicznie i chemicznie. Tylko że tu działanie chemiczne polega na odtłuszczeniu lub trawieniu. Odtłuszczenie wykonuje się za pomocą rozpuszczalników organicznych, roztworów alkalicznych, elektrolitycznie lub ultradźwiękowo, w zależności od kształtów i zanieczyszczeń. Trawienie odbywa się za pomocą wodnych roztworów kwasów (siarkowego, solnego, azotowego). Zawsze po trawieniu trzeba zwilżone powierzchnie zobojętnić, zmywając je wodą.

• doboru parametrów lutowania - temperatury itd. Lutospawanie jest to odmiana lutowania twardego, wykonywana w sposób podobny do spawania, ale bez nadtapiana materiałów części łączonych. Zamiast tego złącza lutospawanie są ukosowane. Jako lut stosuje się elektrody lub drut spawalniczy z mosiądzu lub brązu. Lutospawanie jest stosowane do łączenia materiałów trudno spawalniczych (żeliwo szare, brąz, stale wysokowęglowe) oraz dla uniknięcia naprężeń i odkształceń spawalniczych itd.

Luty dzieli się na miękkie, twarde i szlachetne (srebrne). Luty miękkie są stopami cyny, antymonu i ołowiu o temperaturze topnienia 183÷300°C. Stosuje się również luty niskotopliwe (t t = 70÷150°C), przeznaczone dołączenia materiałów o niskiej temperaturze topnienia lub elementów, które nie powinny się nagrzewać podczas lutowania. Luty twarde są stopami miedzi z cynkiem i innymi składnikami. Rozróżnia się luty twarde łatwo topliwe (t t =550÷875°C) i trudno topliwe (t t = 875÷1100°C).
Luty srebrne są stopami srebra, miedzi i cynku stosowanymi m. in. do połączeń pracujących w podwyższonych temperaturach, odpornych na korozję oraz w wyrobach precyzyjnych.

Za pomocą lutowania można łączyć prawie wszystkie metale w różnych kombinacjach, elementy metalowe z ceramicznymi itd.

Rys. 7 Przykłady połączeń lutowanych

Większość metali i stopów reaguje z otaczaj*c* je gazową atmosfer* i tworzy
na powierzchni warstewkę trudno topliwych, niemetalicznych związków tlenu, azotu, wodoru, itp. Intensywność tego procesu wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Wymaganą czystość łączonych powierzchni i lutu zapewniaj* przy lutowaniu substancje zwane topnikami. Topniki chronią powierzchnię przed utlenianiem. Własności ich zależą od własności zwilżających lut. Powierzchnia metalu lutowanego będzie dobrze zwilżona przez lut, gdy będzie tworzyć szczelną błonę (a nie krople).

Zależy to od:

• napięcia powierzchniowego, temp. stanu powierzchni, zanieczyszczeń,

• własności kapilarnych złącza - zdolność lutu do wypełniania szczelin (zależy od włoskowatości, gęstości, temp. , zwilżania, wielkości szczeliny,

• dyfuzja - zdolność cząsteczek do przenikania się. Zależy od: stopnia nagrzania, czasu, przewodności cieplnej, stanu powierzchni (gdy powierzchnie zabrudzone - nie będzie zachodzić), doboru lutu (większe różnice pomiędzy wymiarami atomów to większa dyfuzja).

1. Klejenie i kitowanie

Klejeniem nazywa się łączenie materiałów za pomocą kleju, natomiast kitowaniem określa się uzupełnianie ubytków materiału lub wypełnienie nierówności powierzchni materiału i usuwanie niektórych anomalii za pomocą kitu. Tak zdefiniowane kitowanie jest kitowaniem konstrukcyjnym. Klej definiuje się jako substancję organiczną lub nieorganiczną mającą właściwości trwałego łączenia materiałów. Kit jest również substancją organiczną lub nieorganiczną mającą tę samą właściwość i dodatkowo charakteryzującą się dużą lepkością, która jest przede wszystkim wynikiem znacznej ilości napełniacza proszkowego. Największe znaczenie mają kleje i kity organiczne, sporządzane z polimerów, oraz klejenie i kitowanie metali, jak również tworzyw wielkocząsteczkowych.

Do sporządzania klejów i kitów można używać tylko tych polimerów, które mają znaczną adhezję, do materiałów łączonych i odpowiednią kohezję po utwardzeniu lub zestaleniu. Kleje i kity muszą charakteryzować się małym napięciem powierzchniowym. Klejalność i kitowalność zwiększa też obecność w kleju lub kicie grup silnie polarnych, np. w polimerach fenolowych i epoksydowych takimi grupami
są grupy - OH.

Kleje i kity dzieli się według różnych kryteriów, istotne znaczenie z przetwórczego punktu widzenia ma podział na:

1. utwardzalne i termoplastyczne;

2. przechodzące w stan stały w temperaturze normalnej lub w temperaturze podwyższonej ( na ogół do 250°C);

3. ciekłe, plastyczne i stałe tj. proszek, granulki, pałeczki, folie - błony.
   

Na ogół największą wytrzymałość wykazują połączenia klejowe ze względu
na czyste ścinanie i czyste odrywanie. Obciążenia oddzierające oraz obciążenia zginające w przypadku połączeń doczołowych znacznie obniżają wytrzymałość połączeń. W związku z tym połączenia klejowe konstruuje się tak, aby przenosiły
w największym stopniu obciążenia ścinające i odrywające, w najmniejszym - oddzierające i zginające. Dąży się również do tego, aby naprężenia w skleinie klejowej były możliwie najmniejsze, co osiąga się w pewnych granicach, przy określonym stanie obciążeń połączenia, poprzez powiększenie powierzchni klejonych.

Właściwości połączeń klejowych zależą od bardzo wielu czynników, np. rodzaju kleju, rozwiązania konstrukcyjnego połączenia, sposobu przygotowania powierzchni
do łączenia, warunków utwardzania bądź zestalenia kleju. Ale zależą również
od rodzaju i zawartości napełniacza proszkowego. Na ogół bezpośrednio przed użyciem klej należy odpowiednio sporządzić. Sporządzanie kleju utwardzalnego polega najczęściej na zmieszaniu składników kleju w potrzebnych proporcjach i kolejności; sporządzanie kleju w stanie stałym polega głównie na suszeniu. Powlekanie klejem powierzchni odpowiednio przygotowanej warstwy wierzchniej odbywa się za pomocą ręcznych narzędzi pracy, takich jak pędzle, bagietki, łopatki, bądź za pomocą maszyn zwanych powlekarkami. Najistotniejszym elementem typowej powlekarki do kleju
są walce powlekające i podające oraz zbiornik kleju.

Proces klejenia jest determinowany głównie przez: temperaturę, czas i nacisk. Temperatura klejenia zależy przede wszystkim od temperatury polimeryzacji lub topnienia użytego kleju, temperatury topnienia albo mięknienia materiałów łączonych oraz od żądanych właściwości połączenia, natomiast czas klejenia zależy od temperatury klejenia. Nacisk wywierany podczas klejenia powinien zapewnić dokładne przyleganie do siebie części łączonych oraz optymalną grubość skleiny, która zawiera się w granicach od 50 do 200 mm. Wartość nacisku zależy od tego, czy klej przechodzi w stan stały w wyniku polimeryzacji kondensacyjnej (nacisk duży rzędu 1 MPa), czy w inny sposób (nacisk mały rzędu 0,05 MPa). Aby utrzymać w procesie klejenia potrzebne wartości wymienionych parametrów, przeprowadza się go w specjalnych przyrządach klejarskich oraz za pomocą odpowiednich urządzeń. Przyrządy klejarskie spełniają funkcję ustalającą wzajemne położenie części klejonych, jak również funkcję dociskającą zapewniającą docisk części klejonych. Przyrządy klejarskie z ustalonymi i dociśniętymi częściami klejonymi umieszcza się na ogół w urządzeniach z komorą o regulowanej temperaturze, zwanych często autoklawami, dla zapewnienia założonego przebiegu procesu utwardzania lub zestalania kleju. Trzeba jeszcze dodać, że klejenie niektórych tworzyw termoplastycznych przeprowadza się wykorzystując ich rozpuszczalność. Stosując właściwy rozpuszczalnik, rozpuszcza się i zmiękcza warstwę wierzchnią elementów łączonych, a następnie łączy się je przy niedużym docisku. Po odparowaniu rozpuszczalnika uzyskuje się gotowe do użytkowania połączenie. W ten sposób klei się np. polistyren i polimetakrylanmetylu.

Proces klejenia składa się z następujących etapów:

• oczyszczenia powierzchni metodami chemicznymi lub mechanicznymi. Powierzchnie łączone powinny być wolne od zanieczyszczeń i dokładnie rozwinięte, aby szczelnie do siebie przystawały. Złe oczyszczenie znacznie zmniejsza wytrzymałość połączenia, dlatego jest tak ważne. Powierzchnie łączone przygotowuje się najpierw mechanicznie, a następnie chemiczne. Przygotowanie mechaniczne ma na celu usunięcie zanieczyszczeń znajdujących się na powierzchni łączonych materiałów jak na przykład: rdzy.
  Zaś przygotowanie chemiczne polega na wytrawieniu powierzchni łączonych, aby zwiększyć zwilżalność łączonych materiałów;

• starannym przygotowaniu masy klejącej. Niektóre kleje są dwu lub więcej składnikowe wówczas masę klejącą uzyskuje się przez wymieszanie ich
  w odpowiednich proporcjach. Gdy zaś mamy do czynienia z klejami termoutwardzalnymi wówczas należy substancję ciekłą połączyć
  z utwardzaczem. Przygotowani innych klejów polega na rozpuszczeniu suchego kleju w rozpuszczalniku, lub podgrzaniu go do temperatury, w której staje się ciekły;

• dokładnego nałożenia warstwy kleju (grubości ok. 0,1 mm) na powierzchnie klejone. Nakładanie kleju powinno się odbywać za pomocą pędzla,
  lub natryskowo. Trzeba tu pamiętać, że duża ilość kleju wcale nie gwarantuje większej wytrzymałości, lecz wręcz przeciwnie;

• utwardzenia skleiny w odpowiedniej temperaturze z zachowaniem właściwego nacisku. Po nałożeniu substancji klejącej należy ją podsuszyć,
  a następnie docisnąć. Złączenie nastąpi, gdy klej całkowicie wyschnie, trwa to od kilkudziesięciu sekund nawet do kilku godzin - zależy od kleju;

• oczyszczenia skleiny. Polega na usunięciu nadmiaru kleju, który po dociśnięcie stworzył w obszarze sklein wycieki. Po utwardzeniu można je usunąć za pomocą metod mechanicznych (piłowania, skrawania), a gdy klej jeszcze nie wysechł można to zrobić za pomocą tkaniny zanurzonej w rozpuszczalniku.

Zalety połączeń klejonych:

• wykorzystanie pełnej wytrzymałości materiałów łączonych, ponieważ warstwa kleju nie wywołuje naprężeń w materiale i nie osłabia części łączonych;

• uzyskanie zestawu elementów o nienaruszonej powierzchni (bez otworów);

• równomierne rozłożenie naprężeń na całej powierzchni złącza;

• odporność połączeń na korozję;

• zdolność tłumienia drgań;

• klej może także uszczelniać złącze, odgrywając rolę uszczelki;

• możliwość łączenia dowolnych materiałów.

Wady połączeń klejonych:

• możliwość rozwarstwienia połączenia pod wpływem obciążeń;

• mała odporność klejów na zmiany temperatury;

• długi czas utwardzania większości klejów;

• spadek wytrzymałości połączenia wraz z upływem czasu, spowodowany starzeniem się kleju;

• stosunkowo mała wytrzymałość w porównaniu z innymi rodzajami połączeń.

1. Zgrzewanie

Zgrzewanie polega na miejscowym nagrzaniu łączonych części do temperatury przejścia materiału w stan plastyczny i dociśnięciu części do siebie. W wyniku dociśnięcia materiałów w stanie plastycznym następuje wzajemna dyfuzja cząstek, wskutek czego powstaje połączenie - zgrzeina.

Nagrzewanie miejsca łączonego może być gazowe lub elektryczne. Nagrzewanie gazowe stosuje się do czołowego zgrzewania prętów. Najdogodniejsze jest nagrzewanie elektryczne oporowe, stosowane do zgrzewania prętów, prętów z blachą oraz blach.

Rys. 8 Zgrzewanie oporowe czołowe dwóch prętów

Rys. 9 Zgrzewanie blachy do czoła pręta

Rys. 10 Zgrzewanie blachy do powierzchni bocznej pręta

Rys. 11 Zgrzewanie dwóch prostopadłych prętów

Rys. 12 Zgrzewanie punktowe blach

Rys. 13 Zgrzewanie liniowe blach

Źródłem prądu w zgrzewarce jest transformator, który ma zwykle jeden zwój
po stronie wtórnej, jego napięcie wynosi kilka woltów. Rezystancja miejsca zgrzewania ma wartość ułamka milioma, z tego powodu nawet przy bardzo niskim napięciu przepływa duży prąd. Gdy zgrzewane części są dosuwane powoli, między wierzchołkami chropowatości, powstają łuki nagrzewające materiał. Taki sposób nagrzewania nazywa się iskrowym. Gdy zgrzewane części są dosuwane szybko, ciepło wydziela się głównie wskutek przepływu prądu przez materiał zgrzewany. Taki sposób nagrzewania nazywa się zwarciowym.

Kształt elektrod, ich docisk, wartość prądu oraz czas zgrzewania dobiera się zazwyczaj doświadczalnie. Z tego powodu połączenia zgrzewane opłaca się stosować
w produkcji seryjnej i masowej. Zgrzewanie punktowe blach jest stosowane
w produkcji jednostkowej, ponieważ dla określonej grubości blachy parametry procesu
są powtarzalne.

Odległość między zgrzeinami powinna wynosić 15÷20 grubości blachy. Przy większych odległościach powstają szczeliny, a przy zbyt małych zwiększa się bocznikowanie prądu przez sąsiednie zgrzeiny. Zgrzewanie liniowe za pomocą elektrod w formie rolek toczących się wzdłuż szwu pozwala na otrzymanie połączenia szczelnego. W elektrotechnice i elektronice połączenia zgrzewane są stosowane
do łączenia materiałów źle spawających się (np. miedź, mosiądz, nikiel, konstantan) stosowanych na przewody i elementy łączeniowe.

Podobny charakter do połączeń zgrzewanych mają połączenia tarciowe, zgniotowe
i ultradźwiękowe. W połączeniach tarciowych ciepło powodujące zmiękczenie materiału uzyskuje się z pracy tarcia dociskanych i obracających się powierzchni. Połączenia te stosuje się do czołowego łączenia wałów lub wałów z blachami. Połączenia zgniotowe wykonuje się przez docisk szczękami podobnymi do elektrod zgrzewarki, przez które jednak nie płynie prąd. Dyfuzja cząsteczek materiału następuje na skutek bardzo silnego dociśnięcia. Połączenia zgniotowe są często stosowane
jako przewodzące prąd. Wykonuje się je przy użyciu specjalnych pras ręcznych
lub mechanicznych. Wyprowadzenia drobnych elementów elektronicznych - kondensatorów, półprzewodników, układów scalonych itp. - są łączone metodą ultradźwiękową.

Tarcie wywołane ruchami drgającymi powoduje nagrzewanie się materiałów oraz czyszczenie łączonych powierzchni. Połączenia zgniotowe i ultradźwiękowe nadają się szczególnie do materiałów trudno spawalnych, np. miedzi i aluminium.

2. Nitowanie

Jednym z najczęstszych sposobów łączenia materiałów jest łączenie przez odkształcenie - nitowanie.

Polega ono na spęczeniu lub rozchyleniu końca czopa - trzonu nita. Do łączenia blach i elementów o małej grubości, obciążonych znacznymi siłami, stosuje się specjalne łączniki, zwane nitami. Elementy konstrukcyjne w formie prętów można bezpośrednio wnitowywać w płyty.

Rys. 14 Połączenia nitowane: a) połączenie dwóch blach za pomocą nita z łbem kulistym, b) osadzenie w blasze osi nitowanej przez rozchylenie nawierconego czopa, c) połączenie części obudowy bakelitowej przez wywinięcie nita rurkowego, (linią kreskową pokazano zakuwki)

Nity są elementami znormalizowanymi i wykonywane są ze stali miękkiej, mosiądzu, aluminium, miedzi. Połączenie wykonuje się przez zamknięcie nita - wykonanie zakuwki. Nity stalowe zamyka się na zimno lub na gorąco; przy średnicach większych niż 10 mm - z reguły na gorąco. Nity z materiałów miękkich zamyka się
na zimno. Do zamykania nitów z łbami kulistymi używa się podpórki z zagłębieniem
w kształcie łba i zakuwnika - pręta z analogicznym zagłębieniem, którym kształtuje się drugi łeb nita.

Rys. 15 Zamykanie nita za pomocą zakuwnika

Rys. 16 Zamykanie nita za pomocą młotka

Rys. 17 Zamykanie nita rurkowego

W przypadku braku zakuwnika nity można zamykać ręcznie, uderzając młotkiem tak, aby uformować łeb w kształcie zbliżonym do kulistego. Należy przy tym zwrócić szczególną uwagę na to, aby zakuwka nie była zbyt płaska, ponieważ obniża to jej wytrzymałość. Nity z łbami stożkowymi zamyka się uderzając bezpośrednio w nit.
Do zamykania nitów rurkowych i nawierconych wywijanych używa się zakuwników
w kształcie pokazanym na rys.17. Do zamykania nitów służą specjalne maszyny zwane - nitownice o działaniu zbliżonym do pras; mogą być również używane młotki ręczne lub mechaniczne. Nity drążone i rurkowe Można łatwo zamykać za pomocą nitownic ręcznych - urządzeń w rodzaju kleszczy, zaopatrzonych w odpowiednie zakuwki. Demontaż połączeń nitowanych wykonuje się przez wywiercanie, ścinanie przecinakiem lub spiłowywanie zakuwek.

Obciążenie w złączu nitowanym powinno być przenoszone przez siły tarcia
na stykających się powierzchniach blach. Siły tarcia są wywoływane siłą rozrywającą nit. Dopiero po pokonaniu oporów tarcia obciążenie jest dodatkowo przenoszone przez powierzchnie boczne nita, co wywołuje jego ścinanie. Wytrzymałość połączenia nitowego oblicza się zwykle sprawdzając naprężenia τ wywołujące ścinanie w trzonie nita.

Pewną odmianą połączeń nitowanych bezpośrednich jest połączenie przez odkształcenie prostokątnego czopa. Połączenia takie są powszechnie stosowane
do łączenia blaszanych elementów przyrządów produkowanych masowo, np. styczników, elementów teletechnicznych przełączników.

W prymitywnych mechanizmach stosuje się zaginanie lub skręcanie łapek. Połączenia te mogą być w razie potrzeby parokrotnie rozłączone i połączone ponownie, wymaga to jednak dużej ostrożności postępowania.

Rys. 18 Połączenie przez odkształcenie czopów prostokątnych: a) za pomocą narzędzia o dwóch ostrzach, b) za pomocą narzędzia z naciętą kratką, c) za pomocą zgięcia łapek, d) za pomocą skręcenia łapek

Elementy okrągłe, np. rury, puszki itp., można łączyć przez zwalcowanie. Połączenia zaciskane umożliwiają bardzo pewne łączenie elementów, a szczególnie przydatne są do łączenia linek. Połączenie takie może być wykonane przez przeciągnięcie końcówki przez oczko, lub dociśnięcie jej szczękami. Połączenia zaciskane (zwane przez elektryków zaprasowywanymi) znajdują bardzo szerokie zastosowanie do łączenia przewodów elektrycznych, szczególnie aluminiowych.

Rys. 19 Połączenie linki z końcówką przez zaciśnięcie: a) przekrój osiowy połączenia, b) przekrój końcówki przed zaciśnięciem, c) przekrój połączenia wykonanego przez przeciągnięcie przez oczko, d) przekrój połączenia wykonanego przez zaciśnięcie czterema szczękami

Przewody jednodrutowe można łączyć z końcówkami mającymi ostre krawędzie przez owijanie. Ten typ połączeń stosuje się szczególnie przy montażu urządzeń teletechnicznych. Ich wykonanie jest tańsze niż połączeń lutowanych, a niezawodność - większa.

Rys. 20 Połączenie owijane przewodu z końcówką: a) sposób wykonania, b) przekrój przez miejsce połączenia, c) widok połączenia; 1- końcówka, 2 - przewód, 3 - tuleja zewnętrzna przyrządu, 4 - tuleja wewnętrzna przyrządu

Wykonuje się je za pomocą przyrządów zawierających w zewnętrznej tulei nieruchomej tuleję wewnętrzną obracającą się wokół osi. Na końcu tulei zewnętrznej jest wykonane wycięcie przytrzymujące przewód podczas nawijania pierwszych zwojów. W ściance tulei wewnętrznej jest wykonany kanał, z którego wysuwa się koniec owijanego przewodu. Na skutek znacznego naciągu drutu podczas owijania
na krawędziach końcówki powstają duże naciski i odkształcenia drutu i krawędzi; obszar styczności jest szczelny i zapewnia dobre połączenie elektryczne. W każdym zwoju występują cztery punkty styczności, co przy liczbie zwojów 5÷7 daje powierzchnię styczności równą przekrojowi poprzecznemu drutu. Łączenie przez skręcanie przewodów okrągłych ma znacznie gorsze właściwości niż połączenie owijane na końcówkach z ostrymi krawędziami.

2. Połączenia rozłączne

1. Połączenia cierne

W połączeniach ciernych siły przenoszone są przez tarcie wywołane sprężystym dociskiem odkształconych elementów. Odkształcenie może powstać w skutek wciśnięcia walcowego lub stożkowego czopa w otwór (połączenia wtłaczane), lub wskutek skurczu albo rozszerzalności cieplnej lub też przez napięcie łączników gwintowych. Połączenie cierne, z wyjątkiem połączeń, w których docisk jest wywołany napięciem łączników gwintowych, nie są przeznaczone do wielokrotnego rozłączania, ponieważ - wskutek powtarzanego odkształcenia i ścierania powierzchni - może nastąpić zmniejszenie lub zanik docisku. Połączenia skurczowe oraz wtłaczane o bardzo dużym wcisku są trudno rozbieralne, ponieważ w czasie rozłączania może nastąpić zatarcie niszczące połączenie.

Rys. 21 Połączenie wtłaczane walcowe: a), b) elementy przed połączeniem, c) połączenie gotowe

Rys. 22 Połączenie wciskane stożkowe

Najprostsze do wykonania są połączenia walcowe wciskane. Zależność nacisku
w złączu od wcisku ma charakter złożony, przy czym w granicach sprężystości daje się ona wyznaczyć, po przekroczeniu zaś tej granicy, przy odkształceniach plastycznych, metody obliczeniowe zawodzą. Odkształcenia sprężyste występują przy małych wciskach (parę mikrometrów na 1 mm średnicy), wymagają one zachowania dużej dokładności wymiarów. Z tego względu wciskanie w granicach sprężystości stosuje się tylko do materiałów kruchych, a żądane wartości wcisku osiąga się przez dobór selekcyjny z elementów wykonanych w szerszych granicach tolerancji przy wytwarzaniu seryjnym. Przy wciskaniu elementów z materiałów plastycznych dopuszcza się powstanie odkształceń trwałych. Najczęściej stosuje się pasowania wtłaczane oznaczane H/s lub S/h oraz mocno wtłaczane H/u lub U/h wykonane w 6,7
i 8 klasie dokładności. Wał wtłaczany powinien mieć zakończenie stożkowe o półkącie wierzchołkowym 5°÷10°, które zabezpiecza przed ścinaniem warstwy materiału podczas wtłaczania. Czop wtłaczany powinien mieć długość nieprzekraczającą wartości niezbędnej w połączeniu. Nadmierna długość czopa zwiększa pracę wtłaczania i osłabia połączenie, szczególnie wówczas, gdy istnieje zbieżność w kierunku wtłaczania.

Wytrzymałość połączenia zależy od szybkości wtłaczania. Dla uzyskania dużej wytrzymałości szybkość ta powinna wynosić ok. 1 mm/s. Przy szybkości wtłaczania większej niż 10 mm/s wytrzymałość połączenia jest kilkakrotnie mniejsza. Z tego względu połączenie należy wykonywać przy użyciu prasy, nie jest natomiast wskazane wbijanie młotkiem.

Dla uniknięcia zatarcia czopa w otworze podczas wtłaczania oraz wytłaczania powierzchnie współpracujące należy przed wykonaniem połączenia posmarować. Połączenia stożkowe przenoszą cierne momenty obrotowe, siły wzdłużne są w kierunku wciskania przenoszone przez docisk do powierzchni stożkowej, w kierunku rozłączenia połączenie należy zabezpieczyć nakrętką. Jeśli kąt wierzchołkowy stożka jest mniejszy od podwójnego kąta tarcia łączonych materiałów, połączenie nieobciążone może pozostać bez zabezpieczenia. Siły osiowe oraz momenty mogą przenosić połączenia
z pośrednim elementem stożkowym działające, jak pokazane na rys.23 osadzenie łożyska wahliwego na rozciętej stożkowej tulei wciąganej nakrętką w stożkowy otwór.

Rys. 23 Osadzenie łożyska wahliwego na wale za pomocą pośredniej tulei stożkowej

Łatwy montaż przy bardzo dużym wcisku zapewniają połączenia skurczowe dokonywane po nagrzaniu tulei lub oziębieniu wału albo przy zastosowaniu obu tych zabiegów jednocześnie. Przy nagrzewaniu tulei należy zwracać uwagę, aby nie wywołać zmian strukturalnych w materiale; dla stali temperatura nagrzewania nie powinna przekraczać 680°C. Nagrzewać tuleje można w kąpieli olejowej
(o temperaturze do 400°C) lub w piecu. Do oziębienia stosuje się suchy lód, czyli zestalony dwutlenek węgla o temperaturze -79°C, skroplone powietrze, tlen, azot
o temperaturze ok. -190°C. Przy nagrzewaniu poniżej temperatury zapłonu oleju można stosować smarowanie zabezpieczające przed zacieraniem podczas późniejszego demontażu połączenia. Do osadzania ciężkich elementów, np. dużych kół pasowych, zamachowych, stosuje się połączenia zaciskowe z pierścieniami skurczowymi. Pierścienie skurczowe zaciskają na wale piastę dzieloną.

Rys. 24 Osadzenie piasty na wale za pomocą pośrednich pierścieni skurczowych
1 - piasta, 2 - pierścienie skurczowe, 3 - wał

Ze względu na łatwość montażu i demontażu większe zastosowanie mają połączenia zaciskowe śrubowe, w których docisk jest wywołany napięciem śrub łączących połówki piasty. Elementy z nadcięciem zaciskanym śrubą mogą być dogodne i szybko mocowane na wale w dowolnym położeniu. Gdy obciążenie przenoszone przez połączenie jest małe, stosuje się tuleje rozcięte. Połączenia tego typu mogą być zastosowane przy małych dokładnościach wykonania elementów, ponieważ rozcięty pierścień odkształcając się znacznie może dopasować się do średnicy wału. Tuleje rozcięte mogą być łatwo wielokrotnie rozłączane.

Rys. 25 Zaciskowe śrubowe osadzenie na wale piasty dzielonej

Rys. 26 Osadzenie na wale sprężyny włosowej za pośrednictwem rozciętej tulei

2. Połączenia kołkowe i sworzniowe

Połączenia kołkowe są stosowane głównie do ustalania wzajemnego położenia elementów; mogą również przenosić obciążenia. Kołki ustalające pasowane
są w otworach z wciskiem na zasadzie stałego wałka lub stałego otworu, ich odchyłki odpowiadają wałkom h do u według układu tolerancji i pasowań w klasach6 i 7. Kołki łączące są pasowane w otworach suwliwie, ich odchyłki odpowiadają wałkom h według układu tolerancji i pasowań w klasach od 8 do 11, a przed wypadnięciem
są zabezpieczane przez roznitowanie. Otwory do wciśnięcia kołków należy wykonywać podczas montażu. W jednej części (płycie, tulei) wykonuje się wstępnie otwór
o średnicy mniejszej niż średnica nominalna kołka. Po ustaleniu wzajemnego położenia elementów za pomocą wkrętów, przez wstępnie wykonane otwory wierci się wspólnie w obu częściach otwory, które następnie rozwierca się dla uzyskania odpowiedniego pasowania z kołkiem.

Rys. 27 Połączenie płyt z zastosowaniem kołków ustalających

Rys. 28 Osadzenie koła zębatego na wale za pomocą kołka łączącego

Gdy połączenie z kołkami ustalającymi ma być wielokrotnie demontowane, w jednej części pasuje się kołki z wciskiem, w drugiej rozwierca się otwory tak, aby uzyskać pasowanie suwliwe; mogą być również stosowane w tym przypadku kołki stożkowe
o zbieżności 1 : 20 lub 1 : 50. W mniej dokładnych połączeniach są stosowane kołki sprężyste zwijane z blachy oraz kołki z wgniatanymi karbami. Nitokołki służące
do mocowania lekkich elementów, np. tabliczek znamionowych, są wbijane w otwory jak gwoździe.

Rys. 29 Kołki normalne: a) walcowy, b) stożkowy, c) sprężysty, d) z karbami na całej długości,
e) nitokołek

Podobny charakter do połączeń kołkowych mają połączenia sworzniowe. Sworznie mają większe średnice niż kołki oraz są zabezpieczane przed przesunięciem wzdłużnym za pomocą łbów, zawleczek lub pierścieni osadczych. Obciążenia połączeń kołkowych i sworzniowych powinny działać prostopadle do osi. Wywołują one wówczas naprężenia ścinające przekroje poprzeczne kołków i sworzni.

3. Połączenia gwintowe

Gwint tworzy występy i rowki zwinięte na powierzchni walcowej po linii śrubowej. Linia śrubowa jest krzywą na powierzchni walcowej, która ma stałe pochylenie γ względem płaszczyzny prostopadłej do osi walca (wznios). Jej powstawanie można zobrazować przez nawinięcie na powierzchni walca prostopadłej pochylonej w stosunku do jego podstawy o kąt γ. Odległość h wzdłuż tworzącej walca między najbliższymi punktami linii śrubowej nazywamy jej skokiem. Kształt przekroju poprzecznego występów i rowków nazywamy zarysem gwintu.

Rys. 30 Powstawanie linii śrubowej

Stosowane są zarysy gwintu trójkątne, trapezowe, prostokątne i okrągłe. Średnice
i zarysy gwintów są znormalizowane. W normalnych gwintach metrycznych średnica
i skok są tak dobrane, że wznios
; stosowane są również gwinty drobnozwojowe, które przy danej średnicy mają mniejszy skok.

Połączenie gwintowe składa się z dwóch elementów, jednego zaopatrzonego w gwint na powierzchni zewnętrznej (śruba, wkręt) oraz drugiego zaopatrzonego w gwint
na powierzchni wewnętrznej (nakrętka).

W połączeniach stosowanych jest powszechnie gwint o zarysie trójkątnym, o kącie 60° w systemie metrycznym oraz o kącie 55° w systemie calowym. Gwint trapezowy stosowany jest zazwyczaj w mechanizmach śrubowych, jak w prasach, podnośnikach, mechanizmach posuwu obrabiarek. Może on przenosić większe obciążenia niż gwint trójkątny. Gwint prostokątny ma zastosowanie podobne do trapezowego. Gwint okrągły jest stosowany w połączeniach mało dokładnych, narażonych na zanieczyszczenia. Jego odmiana - gwint Edisona - dzięki małej głębokości nadaje się do tłoczenia w blasze
i jest stosowany w sprzęcie elektrotechnicznym.

Połączenia gwintowe mogą być dokonywane bezpośrednio, gdy gwinty są wykonane na elemencie konstrukcyjnym, jak w gniazdach bezpiecznikowych, na czopach wałów oraz pośrednio za pomocą specjalnych łączników, zwykle znormalizowanych, których najczęściej stosowane typy przedstawia rys.31.

Rys. 31 Normalne łączniki gwintowe: a) śruba z łbem sześciokątnym, b) śruba z łbem walcowym, c) śruba skrzydełkowa, d) śruba z łbem radełkowanym, e) wkręt z łbem stożkowym, f) wkręt z łbem soczewkowym, g) wkręt z łbem walcowym, h) wkręt z łbem kulistym, i) wkręt dociskowy bez łba, j) wkręt samogwintujący do blach z łbem stożkowym i wgłębieniem krzyżowym, k) wkręt do drewna, l) nakrętka sześciokątna, m) nakrętka koronowa, n) nakrętka okrągła rowkowa

Do łączenia blach i materiałów plastycznych, jak drewno lub tworzywa sztuczne,
są stosowane specjalne wkręty samogwintujące o zarysie gwintu trójkątnym i dużym skoku, wkręcane w otwory o średnicy równej średnicy rdzenia wkrętu. Do łączenia rur są stosowane gwinty stożkowe, które podczas wkręcania zaciskają się dając połączenia szczelne. Wymiary gwintów określa się podając średnicę zewnętrzną gwintu oraz skok. W systemie calowym średnice podaje się w calach, a skok określany jest liczbą zwojów gwintu na 1 cal długości. Dla gwintów rurowych, jako wymiar nominalny podaje się
(w calach) średnicę wewnętrzną rury, na której jest wykonywany gwint zewnętrzny; średnica zewnętrzna gwintu jest od tej wielkości oczywiście większa. Sprawność ή połączenia można wyznaczyć, jako stosunek pracy otrzymanej po wykonaniu jednego obrotu do pracy włożonej. Wartość sprawności jest istotna w mechanizmach gwintowych przenoszących obciążenia w ruchu. W połączeniach spoczynkowych ważna jest samohamowność gwintu, czyli niemożność jego samoczynnego odkręcenia się przy obciążeniu czynną siłą osiową F.

Wytrzymałość połączenia gwintowego jest ograniczona wytrzymałością rdzenia śruby na rozciąganie oraz wytrzymałością zwojów gwintu na ścinanie. Wytrzymałość zwojów na ścinanie zależy od ich liczby, wynikającej z długości skręcenia l_s.

Nakrętki normalne mają wysokość tak dobraną, że wytrzymałość gwintu na ścinanie jest większa niż wytrzymałość rdzenia na rozciąganie. Wynika stąd, że długość skręcania w połączeniu jest nie mniejsza od wysokości nakrętki normalnej.

Do dokręcania śrub i nakrętek używa się kluczy różnych konstrukcji. Klucze znormalizowane mają długość tak dobraną, aby przy wywieraniu siły F_k=100÷400N następowało prawidłowe dokręcenie gwintu. Do dokręcania gwintów odpowiedzialnych należy stosować klucze dynamometryczne, które zawierają wskaźnik wartości przenoszonego momentu lub jego ogranicznik.

Odkręcanie gwintów jest często trudniejsze niż dokręcanie, ponieważ na skutek korozji opory przy odkręcaniu zwykle są większe. Gdy opory przy odkręcaniu są bardzo duże, należy spróbować je zmniejszyć.

W tym celu można użyć następujących środków:

• zwilżyć połączenie środkiem penetrującym lub rozpuszczającym rdzę;

• nagrzać nakrętkę lub odkształcić ją sprężyście przez uderzenie boczne przy podparciu z przeciwnej strony dużą masą.

Gwinty uszkodzone podczas demontażu należy przed ponownym połączeniem poprawić za pomocą gwintowników lub narzynek. Krańcowe zwoje, na które nie można wprowadzić narzynki, można poprawić pilnikiem trójkątnym.

Złącza gwintowe poddane działaniu drgań mają tendencję do samoczynnego odkręcania się. Zjawisko to występuje na skutek zaniku siły docisku powierzchni gwintu, w wyniku działania obciążeń dynamicznych powodujących odkształcenia sprężyste elementów. Środki przeciwdziałające samoczynnemu odkręcaniu się przedstawiono na rys.32. Typowe przykłady konstrukcji połączeń gwintowych pokazano na rys.33.

Rys. 32 Zabezpieczenie gwintów przed samoczynnym odkręcaniem

Rys. 33 Przykłady konstrukcji połączeń gwintowych

Połączenia zawierające gwinty wykonane bezpośrednio w łączonych elementach zajmują mniej miejsca i są bardziej estetyczne niż połączenia normalnymi łącznikami gwintowymi. Są jednak droższe, ponieważ wykonanie gwintów w elementach konstrukcyjnych jest trudniejsze niż w łącznikach wykonywanych seryjnie
na specjalistycznych maszynach. Ponadto w przypadku uszkodzenia gwintu wykonanego w elemencie konstrukcyjnym naprawa jest droższa.

1. Połączenia sprzęgłowe

Sprzęgłem nazywamy zespół elementów służący do połączenia dwóch obrotowo niezależnie osadzonych elementów maszyny (najczęściej wałów): czynnego i biernego, tzn. napędzanego i napędzającego, o osiach leżących na wspólnej prostej
(sprzęgła poste) lub przecinających się pod kątem ostrym (sprzęgła przegubowe),
w celu przeniesienia momentu i ruchu obrotowego, przy zachowaniu równości średnich momentów obrotowych w elemencie czynnym i biernym. Poszczególne rodzaje sprzęgieł są używane do określonych celów. W przypadku, gdy nie ma potrzeby szybkiego złączania i rozłączania części czynnej i biernej sprzęgła, są stosowane sprzęgła nierozłączne.

Sprzęgła sztywne służą do łączenia dokładnie współosiowych wałów w jedną giętnie i skrętnie sztywną całość.

Sprzęgła luźne proste służą do łączenia wałów przy nieznacznym braku współosiowości, kompensują poprzeczne i wzdłużne przemieszczenia się końców wałów i nieznaczne wychylenia ich osi lub kombinacje tych przemieszczeń.

Sprzęgła luźne przegubowe umożliwiają łączenie wałów o osiach przecinających się pod kątem ostrym. Sprzęgła te są sztywne skrętnie, lecz nie mogą przenosić momentów gnących. Sprzęgła podatne skrętnie pozwalają na względnie ograniczony obrót końców łączonych wałów. Umożliwiają ruch wałów przy niewielkim braku współosiowości, służą do łagodzenia nierównomierności przenoszonego momentu obrotowego, tłumienia drgań skrętnych, zmiany częstości własnych drgań skrętnych układu czy do równoczesnego spełnienia kilku wymienionych wcześniej zadań.

W razie potrzeby szybkiego złączania i rozłączania wałów czynnego i biernego stosuje się sprzęgła rozłączne, sterowane z zewnątrz przez obsługę. Jeśli włączenie odbywa się przy równych lub bardzo zbliżonych prędkościach kątowych wałów czynnego i biernego używa się sprzęgieł rozłącznych ze sprzężeniem kształtowym.
W przypadku, gdy włączanie musi się odbywać przy znacznej różnicy prędkości wałów najczęściej używane są sprzęgła cierne. Można również używać w takich połączeniach sprzęgieł hydrokinetycznych ze sterowanym napełnieniem lub też sprzęgła elektromagnetycznego ze sterowanym wzbudzeniem.

Następną grupą są sprzęgła rozłączne samoczynne. W sterowaniu tego rodzaju sprzęgłami wykorzystuje się: siły bezwładności, najczęściej siły odśrodkowe; zmiany momentu obrotowego przenoszonego przez sprzęgło; zmiany kierunku napędu.

Istnieje wiele odmian sprzęgieł sztywnych. Ich podstawowe zalety to między innymi zwartość konstrukcji, łatwość montażu i demontażu całego sprzęgła czy też poszczególnych odcinków wału, możliwość osadzania na dalszych częściach wału wielu niedzielonych elementów, łatwość wyważania, brak luzów w sprzęgle,
co umożliwia przenoszenie nierównomiernych momentów obrotowych, obrotowe części bez wystających kształtów zapewniające bezpieczeństwo obsługi. Brak którejś
z wymienionych cech można uważać za wadę konstrukcji sprzęgła. Pod względem wytrzymałości i sztywności sprzęgło sztywne powinno odpowiadać wałowi w miejscu łączenia.

W skład sprzęgieł wchodzi szereg prostszych elementów, jak różnego rodzaju połączenia czopa z piastą (wpusty, kliny, kołki), łączniki śrubowe, nity, sprężyny, zęby, łańcuchy itp. Przykładem sprzęgła sztywnego może być sprzęgło tarczowe. W tego rodzaju sprzęgłach kołnierze są łączone za pomocą śrub. Gdy śruby są założone
z luzem, sprzęgło pracuje na zasadzie tarcia wywołanego silnym dociskiem obydwu połówek sprzęgła przez wysokie wstępne napięcie śrub. Dla zwiększenia momentu tarcia celowe jest umieszczenie powierzchni styku jak najbliżej zewnętrznego obwodu sprzęgła.

Sprzęgła luźne proste pozwalają kompensować błędy współosiowości wałów, mogą dopuszczać pewne ruchy wzdłużne, poprzeczne, odchylenia od osi czy też kombinacje tych czynników. Jest to możliwe dzięki względnym ruchom wewnętrznym części tych sprzęgieł. Charakteryzują je luzy pomiędzy częściami przenoszącymi obciążenia
i ślizganie tych części po sobie. Sprzęgła luźne proste nie nadają się więc
do przenoszenia momentów obrotowych o zmiennym kierunku, jak również do dużych obciążeń i prędkości. Powierzchnie ślizgowe tych sprzęgieł wymagają smarowania. Przykładem sprzęgła luźnego prostego jest sprzęgło kłowe.

Sprzęgła luźne przegubowe pozwalają na przenoszenie momentu skręcającego przy dużych kątach przecięcia się osi łączonych wałów. Przykładem sprzęgła przegubowego jest tzw. przegub Rzeppa, stosowany do napędu kół samochodowych.

W budowie maszyn możemy spotkać wiele odmian konstrukcyjnych sprzęgieł podatnych skrętnie. Różnią się one przede wszystkim konstrukcją elementów podatnych, ich tworzywem, kształtem czy sposobem zamocowania. Spotyka się sprzęgła zwykłe, o stałej sztywności lub progresywne, w których sztywność zwiększa się wraz ze zwiększaniem się kąta względnego obrotu części napędzającej i napędzanej sprzęgła. Innym podziałem tego rodzaju sprzęgieł jest podział na sprzęgła swobodne
i tłumiące. Podstawowym zadaniem sprzęgieł swobodnych jest łagodzenie nierównomierności przenoszonego momentu obrotowego na zasadzie zmiany nadwyżek energii kinetycznej bezwładnego układu w energię sprężystego odkształcania elementów podatnych i oddawanie jej w chwilach niedoboru energii. Sprzęgła tłumiące stosuje się w przypadku niebezpieczeństwa występowania rezonansowych drgań skrętnych. Ich działanie polega na pochłanianiu i rozpraszaniu energii drgań.

Sprzęgła rozłączne ze sprzężeniem kształtowym (kształtowe). W sprzęgłach tych moment obrotowy jest przenoszony za pomocą zazębiających się systemów kłów lub zębów umieszczonych na powierzchni czołowej lub obwodzie dwóch tarcz lub piast sprzęgła. Jedna z nich jest umieszczona nieruchomo na końcu jednego z wałów, druga zaś przesuwnie poosiowo na końcu drugiego wału. Przy pomocy mechanizmu sterującego dosuwa się ją do tarczy nieruchomej powodując zazębienie. Wyłączanie sprzęgła może odbywać się bez ograniczeń, jeśli dysponujemy odpowiednią siłą wyłączania, a naciski występujące pod obciążeniem na powierzchniach roboczych kłów nie są zbyt wysokie. Włączanie natomiast jest możliwe tylko przy niewielkich różnicach prędkości obwodowych obydwu połówek sprzęgła. Zaletą tych sprzęgieł jest brak poślizgu i zwartość budowy. Aby uniknąć nadmiernego zużycia powierzchni roboczych należy dbać o równomierny podział obciążenia na wszystkie kły oraz stosować materiały odporne na wysokie naciski. Odnosi się to szczególnie do sprzęgieł włączanych w ruchu.

Podstawowe typy sprzęgieł ciernych różnią się: kierunkiem i sposobem docisku, kształtem, liczbą i materiałem powierzchni ciernych. Najbardziej charakterystyczną cechą jest kierunek siły sprzęgającej powierzchnie cierne: promieniowy, osiowy
i obwodowy. Kształt powierzchni ciernych może być płaski, walcowy lub stożkowy. Sprzęgła stożkowe pozwalają na zasadzie działania klina na uzyskanie większych docisków przy tej samej sile sprzęgającej niż w innych sprzęgłach. O wyborze typu sprzęgła decyduje średnia moc tarcia odniesiona do godziny pracy sprzęgła, pożądana żywotność, wartość potrzebnego momentu tarcia, wartość pracy potrzebnej
do włączania oraz miejsce do dyspozycji. Duży wpływ na własności sprzęgła ma materiał powierzchni ciernych. Materiał powinien mieć jak największy współczynnik tarcia, mało zależny od prędkości poślizgu, temperatury i obciążenia. Powinien być wytrzymały mechanicznie i termicznie, mieć dobrą przewodność cieplną i wykazywać odporność na zużycie przy jednoczesnym braku skłonności do zacierania.

Sprzęgła bezpieczeństwa chronią elementy mechanizmu przed przeciążeniem. Reagują na wartość przenoszonego momentu skręcającego. Działają na dwóch zasadach: całkowitego rozłączenia z chwilą wzrostu przenoszonego momentu skręcającego ponad bezpieczną wartość graniczną lub na zasadzie ograniczenia wartości przenoszonego momentu do wartości zadanej. Do pierwszej grupy należą sprzęgła bezpieczeństwa kształtowe. W przykładowym sprzęgle tego typu najsłabszym elementem jest kołek lub kilka kołków, które zostają ścięte po przekroczeniu określonej wartości momentu skręcającego. Ponowny rozruch jest możliwy dopiero po wymianie kołków, co jest dość czasochłonne. Do drugiej grupy należą sprzęgła kształtowo-cierne i cierne. Ich zaletą jest możliwość regulacji wartości momentu skręcającego oraz łatwość ponownego włączenia. W ciernych sprzęgłach bezpieczeństwa nie występuje zanik przenoszonego momentu, jak w sprzęgłach kształtowych, ani jego silny spadek jak w kształtowo-ciernych, lecz ograniczenie do zadanej wartości. W chwili jej przekroczenia w sprzęgle następuje poślizg.

Sprzęgła rozłączne jednokierunkowe działają na zasadzie zachowania jednokierunkowości siły obwodowej, jako siły nacisku lub tarcia. W sprzęgłach jednokierunkowych kształtowych jednokierunkowość działania siły zapewniają np. zapadki. Kiedy część napędowa sprzęgła ma mniejszą prędkość kątową od części napędzanej zapadki przestają chwytać i zostają wciśnięte w swoje gniazda.

W sytuacji odwrotnej zapadki pod wpływem działania siły odśrodkowej wysuwają się i wywierają nacisk na część napędzaną. W sprzęgłach jednokierunkowych ciernych pomiędzy część napędową a napędzaną są wprowadzane elementy pośredniczące, które są między nimi zakleszczane, gdy prędkość kątowa części napędowej jest większa
od prędkości kątowej części napędzanej. Jeśli jest przeciwnie, zakleszczenie znika.
W wyniku zakleszczenia na powierzchni styku elementów pośredniczących powstają naciski i siły tarcia, które są w stanie zrównoważyć przenoszoną siłę obwodową. Sprzęgła jednokierunkowe znajdują zastosowanie w pojazdach mechanicznych, jako tzw. sprzęgła wolnego biegu, zapobiegające przenoszeniu momentu obrotowego z kół jezdnych na źródło napędu, w napędach dmuchaw i wentylatorów dla umożliwienia im swobodnego wybiegu w chwili zatrzymania silnika napędowego, w silnikach spalinowych i turbinach gazowych do podłączenia silnika rozruchowego,
do równoległego łączenia silników lub turbin.

Gdy mowa o sprzęgłach przez poślizg rozumiemy różnicę prędkości obrotowych lub kątowych części napędowej i napędzanej sprzęgła. Przenoszenie momentu obrotowego z trwałym poślizgiem może mieć miejsce w sprzęgle ciernym. Regulację wartości poślizgu można osiągnąć przez regulację docisku powierzchni ciernych. Sprzęgło poślizgowe cierne może być użyte do trwałego ruchu, jeśli zabezpieczy się je przed nadmiernym rozgrzewaniem stosując sztuczne chłodzenie oraz przed nadmiernym zużyciem przez ograniczenia nacisków powierzchniowych, dobór materiałów odpornych na zużycie oraz przez smarowanie. Sprzęgło spełnia wtedy rolę bezstopniowej przekładni obrotów. Jednak ze względu na duże straty tarcia sprawność takiego sprzęgła jest niewielka. Znacznie lepsze jest pod tym względem sprzęgło poślizgowe hydrauliczne, praktycznie pozbawione zużycia, bardziej niezawodne i łatwe w obsłudze. Jego konstrukcja wygląda tak, że wał napędowy napędza pompę hydrauliczną, która zasila turbinę osadzoną na wale napędzanym. Jako cieczy wypełniającej sprzęgło najczęściej używa się oleju mineralnego, który służy równocześnie do smarowania łożysk, przekładni zębatej itp. Buduje się również sprzęgła poślizgowe elektrodynamiczne. Układ jest podobny do silnika indukcyjnego
z tą różnicą, że wirujące pole magnetyczne wytworzone jest przez elektromagnesy wirujące razem z częścią napędową wału.

Zasilane są prądem stałym poprzez pierścienie ślizgowe. Sprzęgieł tych używa się między innymi w napędach okrętowych, jako sprzęgieł rozłącznych, łagodzące i oddzielające, przy pracy dwóch silników na wspólny wał śrubowy.

1

---