21. Nierozłączne i rozłączne połączenia elementów mechanicznych.
Połączenia:
nierozłączne (spawane, zgrzewane, lutowane, klejone, nitowe, od kształtne takie jak zaginanie lub zawalcowanie)
rozłączne (śrubowe, gwintowe, kształtowe) – można wielokrotnie rozłączać i łączyć elementy bez ich uszkodzenia
Połączenia nie rozłączne:
Spawanie – to łączenie metali przez lokalne roztopienie ich brzegów i zazwyczaj wprowadzenie trzeciego roztopionego materiału.
Rodzaje:
- spawanie gazowe – wykorzystywany jest płomień acetylenowo-tlenowy
- spawanie elektryczne – wykorzystany jest łuk elektryczny, tu wyróżniamy spawanie:
- ręczne elektrodą w otulinie
- łukiem krytym pod warstwą topników
- w atm. ochronnej uzyskanej przez nadmuchiwanie gazów obojętnych (CO2) lub szlachetnych (Argon, Hel)
Spawać możemy:
- stal niestopowa (węglowa) – jest łatwo spawalna jeśli zawartość węgla nie przekracza 0,25%
- stal stopowa – jest spawalna w zależności od składu, w większość trudno spawalna
- żeliwa, stopy aluminium i miedzi – są trudno spawalne a wytrzymałość w miejscu łączenia jest znacznie pogorszona.
Rodzaje spoin:
- czołowa
- pachwinowa
- otworowa
Zalety:
- prosta technicznie, tania, nie wymaga dużego wyposażenia
- konstrukcje są stosunkowo lekkie
- połączenia są szczelne
Wady:
- naprężenia i odkształcenia spawalnicze
- czasochłonność przy skomplikowanych konstrukcjach
- zagrożenie korozji
- pogorszenie estetyki
Zgrzewanie – nagrzanie łączonych elementów metalowych do stanu plastycznego, czasami aż do nadtopienia i złączeniu ich za pomocą ściskania.
Rodzaje:
- zgrzewanie ogniskowe – rozgrzanie w ognisku kowalskim do białego żaru a późnij kłucie młotkiem
- gazowe – nagrzewanie elementów gazem spawalniczym do temperatury białego żaru i statyczne ściskanie
- elektryczne – tu wyróżniamy:
- zwarciowe – długo trwały przepływ prądu o dużym natężeniu
- iskrowe – poprzez wielokrotne dosuwanie i odsuwanie zgrzewanych elementów
- punktowe – do łączenia cienkich blach
- garbowe – podobne do punktowego ale zamiast jednego punktu zgrzew jest liniowy
Lutowanie – to łączenie części metalowych lub metalowych z ceramicznymi za pomocą spoiwa (lutu) które silnie przywiera do łączonych elementów na drodze dyfuzji. Powierzchnia łączonych elementów powinna być oczyszczona i odtłuszczona a luz między nimi bardzo mały.
Rodzaje:
- miękkie – lut składa się w odpowiednich proporcjach z cyny, ołowiu, antymonu. Elementy nagrzewane są do temperatury większej od temperatury topienia lutu ok. 200-300˚C.
Stosuje się środki ochraniające przed utlenianiem, lut może być w postaci drutu, prętów lub rurek.
Wytrzymałość połączenia Re=18÷85 kPa
- twarde – mosiężne, miedziane lub aluminiowe. Elementy rozgrzewa się powyżej 500˚C. Dla ochrony przed utlenianiem stosuje się boraks, kwas borny.
Wytrzymałość połączenia Re=300÷500 kPa
- szlachetne – stosuje się w celach jubilerskich, lut to stop srebra z miedzią i cynkiem
- niskotopliwe – stosowane w elektronice. Lutowanie przebiega w temperaturze poniżej 100˚C. Lut ze stopu ołowiu, cyny, kadmu i bizmutu topliwy od 60÷100˚C.
Klejenie – polega na nałożeniu cienkiej warstwy kleju na uprzednio przygotowaną i oczyszczoną powierzchnię. Warstwa kleju powinna być jak najcieńsza ale ciągła. Następnie klejone elementy należy złożyć ze sobą i ścisnąć przez cały czas utwardzania kleju. Klej powinien być odpowiednio dobrany do klejonego materiału. Łączenie powinno być tak wykonane aby działające siły były do niego styczne.
Klasyfikacja klejów:
- sztywne lub podatne
- termoutwardzalne lub termoplastyczne (miękną wraz ze wzrostem temperatury)
- elastomerowe
- anaerobowe (beztlenowe)
Zalety:
- możliwość łączenia różnych materiałów
- możliwość łączenia elementów bardzo cienkich a także o dużej różnicy grubości
- mały ciężar połączenia
- zbędność oprzyrządowania
- zachowanie estetycznego wyglądu
- równomierny rozkład naprężeń bez osłabienia łączonych elementów
- szczelność
- izolacja elektryczna
- odporność na korozje
Wady:
- pracochłonne przygotowanie powierzchni
- spadek wytrzymałości w skutek działania ciepła, światła i czasu
- skłonność do rozwarstwiania przy brzegach cienkich elementów
- wrażliwość na różną rozszerzalność cieplną łączonych elementów
Nitowanie – polega na łączeniu elementów łącznikami zwanymi nitami. Nit wprowadza się przez otwory wykonane w łączonych elementach a następnie jest zamykany (zakuwany) na zimno lub na gorąco.
Połączenia rozłączne:
Śrubowe – połączenia wykonane przy użyciu łączników gwintowanych w postaci wkrętów lub śrub i nakrętek. Stosowane są dodatkowo podkładki które mogą pełnić funkcje ochronne lub zapobiegające odkręcaniu.
Gwintowe – elementy łączone posiadają gwint wewnętrzny i zewnętrzny umożliwiający ich skręcenie z sobą.
Przykłady gwintów:
- metryczny zwykły – w oznaczeniu podaje się średnice zewnętrzną śruby w mm np. M10
- rurowy walcowy - w oznaczeniu podaje się średnice wewnętrzną rury w calach np. G1/2"
- trapezowy symetryczny – w oznaczeniu podaje się średnica zewnętrzna śruby x skok w mm np.Tr24x5
Skok gwintu to przesunięcie poosiowe punktu wędrującego po linii gwintu po wykonaniu jednego obrotu.
Kształtowe – połączenie elementów przez odpowiednie ukształtowanie elementów łączonych lub/i elementów dodatkowych.
•Połączenie klinowe – połączenie za pomocą klinu o pochyleniu wzdłużnym jednej ze stron wbijany w połączenie
Wyróżnia się dwa typy połączeń klinowych:
- połączenie klinowe wzdłużne – z klinami znormalizowanymi, służą głównie do osadzania piast kół na wałach. Klin umieszczony jest w gnieździe wyżłobionym w wale i piaście,
- połączenia klinowe poprzeczne – służą do łączenia cięgien, w którym jedno jest zakończone gniazdem lub tuleją złączną, a drugie drągiem.
•Połączenia kołkowe - Są to połączenia realizowane przy pomocy elementów konstrukcyjnych o kształcie walca lub stożka nazywanych kołkami.
•Połączenia sworzniowe – połączenie wykonane przy pomocy sworznia w kształcie walca. Składa się z sworznia, ucha i widełek. Stosowane głównie w połączeniach przegubowych.
•Połączenia wpustowe – elementem łączącym jest wpust. Połączenie wpustowe służy do łączenia piast z wałami. Wpust umieszczony jest rowku wpustowym wału, piasta posiada odpowiednie nacięcie. Wpust umieszczany jest w rowku z pasowaniem ciasnym, połączenie wpust-piasta jest luźne.
•Połączenie wielowypustowe – nie ma elementów pośredniczących między elementami. Na wałku nacięte są rowki, a piasta jest ukształtowana tak, by do nich pasowała. W porównaniu z połączenia wpustowymi, połączenia wielowypustowe mogą być bardziej obciążone, umożliwiają one również centrowanie łączonych elementów.
•Połączenie wieloboczne – poprzez ukształtowanie wieloboku na wale oraz piasty tak by do niego pasowała. Czop i otwór może mieć ścianki równoległe lub zbieżne w kierunku osiowym.