Połączenia sworzniowe

Połączenie sworzniowe - połaczenie rozłączne ruchowe, w którym elementem pośredniczącym jest walcowy sworzeń.

Połaczenie sworzniowe zwykle wykorzystywane jest do łączenia przegubów. Na przykłądzie sworzeń (1) umiesczony na wcisk w jednym elemencie przegubu (2), podczas gdy pasowanie z drugim elementem (3) jest luźne. Pozwala to na obrót elementu (2) względem osi sworznia.

Przykładem połączenia sworzniowego jest połącznie tłoka silnika spalinowego z korbowodem

Obliczenia wytrzymałościowe połaczenia sworzniowego polegaja na sprawdzeniu wytrzymałości sworznia na zginanie k_g, a elementów przegubu zwykle na rozciąganie k_c lub inne w zależności od rodzaju ich obciążenia.

Połączenia klinowe

Połączenia klinowe to połączenia rozłączne spoczynkowe. Elementem łączącym jest klin.

Wyróżnia się dwa typy połączeń klinowych:

Połączenie klinowe wzdłużne: z klinami znormalizowanymi, służą głównie do osadzania piast (1) kół na wałach (2). 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 (3), a drugie drągiem (4).

W czasie montażu klin zostaje wbijany w połączenie. Klin przenosi swoją powierzchnią całe obciążenie złącza.

Obliczenia wytrzymałościowe połączenia klinowego wzdłużnego opiera się na kryterium maksymalnego dopuszczalnego nacisku powierzchniowego k_n. Za krytyczną powierzchnię przyjmuje się część powierzchni styku klina z gniazdem wału, która jest zwykle mniejsza niż powierzchnia styku klina z piastą.

Obliczenia wytrzymałościowe połączenia klinowego poprzecznego polegają na obliczeniu wytrzymałości wszystkich trzech elementów połączenia. Drąg i tuleja obliczane są na rozciąganie k_r, a klin na zginanie k_g. W ramach obliczeń sprawdzających sprawdza się klin ze względu na nacisk powierzchiowy k_n.

Połączenia wpustowe

Połączenia wpustowa to połączenie rozłączne ruchowe, w których elementem pośredniczącym jest wpust.

Połączenie wpustowe służy do łączenia piast z wałami. Wpust (1) umieszczony jest w rowku wału (2), podczas gdy piasta (3) posiada odpowiednie nacięcie. Wpust umieszczany jest w rowku z pasowaniem ciasnym, podczas gdy połączenie wpust-piasta jest luźne. połączenie wpustowe w przeciwieństwie do klinowego nie zabezpiecza piasty przed przesuwaniem się wzdłuż wału. Piasta musi mieć dodatkowe zabezpieczenie. Gdy nie wystepują siły osiowe (w większości przypadków), wystarczy zabezpieczenie pierścieniem oporowym, w przeciwnym razie stosuje się inne rozwiązania (np. nakrętkę lub tuleję dystansową).

Obliczenia wytrzymałościowe połączenia wpustowego opierają się na kryterium dopuszczalnego nacisku powierzchniowego k_n. Jako powierzchnię obliczeniową przyjmuję się powierzchnie styku wpustu z wałkiem lub z piastą, którakolwiek jest mniejsza.

Połączenia wielowpustowe

Połączenie wielowpustowe (wielokarbowe) - połączenie rozłączne ruchowe bez elementów pośredniczących. Używane do osadzania piast na wałach.

Połączenie wielowpustowe nie posiada wady połączenia wpustowego, polegającej na osłabiającym działaniu rowka wpustowego. Z tego powodu stosowane jest w bardziej odpowiedzialnych zastosowaniach. W połączeniu wielowpustowym na wałku nacięte są rowki, a piasta jest ukształtowana tak, by do nich pasowała. Połączenie wielowpustowe w wykonaniu jest znacznie droższe niż wpustowe.

Obliczenia wytrzymałościowe połączenia wielowpustowego opierają się na kryterium dopuszczalnego nacisku powierzchniowego k_n. Jako powierzchnię obliczeniową przyjmuje się powierzchnię jednej strony pojedynczego styku wału i piasty, pomnożoną przez ilość karbów.

Wielkości połączeń wielowpustowych są znormalizowane przez Polską Normę PN/M-85016 i PN/M-85010.

Połączenia kołkowe

Połączenie kołkowe - połączenie rozłączne spoczynkowe.

Służy do ustalania wzajemnego położenia dwóch lub więcej elementów. Kołek może mieć kształt stożkowy lub walcowy - gładki lub karbowany.

Jeżeli kołek jest nieobciążony, nie wymagane są żadne obliczenia wytrzymałościowe. Jeśli złącze pracuje pod obciążeniem, kołek oblicza się ze względu na kryterium maksymalnego dopuszczalnego nacisku powierzchniowego k_n, na zginanie k_g lub na ścinanie k_c.

Połączenia spawane

Połączenie spawane jest połączeniem materiałów powstałym przez ich miejscowe stopienie. Używa się go do łączenia metali (głównie stali) oraz do tworzyw sztucznych. Przy spawaniu niekiedy dodaje się spoiwa (dodatkowego materiału stapiającego się wraz materiałem elementów spawanych) aby polepszyć właściwości spoiny.

Najczęściej spotykanymi metodami spawania są:

• spawanie gazowe;: najczęściej przy spalaniu acetylenu w temperaturach do 3200°C, stosowane jest do spajania blach o grubości od 0.4mm do 40mm.

• spawanie elektryczne: z wykorzystaniem spawarki - urządzenia opierającego swą pracę na zjawisku łuku elektrycznego w temperaturach 3500°C, stosowane jest do spajania blach o grubości od 1mm do 80mm.

Istnieją także rzadziej spotykane metody spawania, takie jak: spawanie w osłonach gazów szlachetnych (w celu uniknięcia utleniania spoiny), spawanie laserowe, spawanie elektronowe itp.

Połączenie spawane często wymaga dodatkowej obróbki spoiny. Często na powierzchni spawu wydzielają się drobne cząstki żużlu, które mogą być niebezpiecznie ostre. Spoiny spawane często szlifuje się zgrubnie, zanim spawana konstrukcja zostanie użyta.

W czasie spawania w obrębie działania wysokiej temperatury w stali zachodzą pewne przemiany cieplne, osłabiające jej wytrzymałość. Połączenie spawane zmniejsza wytrzymałość materiału o następujące wartości:

• wytrzymałość na rozciąganie k'_r = 0,8 k_r

• wytrzymałość na zginanie k'_g = 0,9 k_r

• wytrzymałość na ściskanie k'_c = k_r

• wytrzymałość na ścinanie k'_t = 0,65 k_r

W związku z osłabiającym wpływem spoiny, do obliczeń wytrzymałościowych używa się grubości obliczeniowej, która jest o 70% mniejsza niż rzeczywista grubość materiału w miejscy spoiny.

wymiarowanie spawu
na przykładzie spoiny czołowej

Połączenia spawane ze względu na ułożenie spawanych elementów względem siebie oraz na kształt spoiny dzielą się na:

• czołowe jedno- i dwustronne

• pachwinowe

• grzbietowe

• otworowe

• stykowe

• zakładkowe

• teowe

• przyległe

• krzyżowe

W rysunku technicznym połączenia spawane rysuje się, w zależności od stopnia uproszczenia, jak pokazano poniżej. W I stopniu uproszczenia wymiaruje się spawy jak inne części maszyn. W III stopniu uproszczenia zaznacza się je linią oraz symbolem rodzaju spoiny. Przykładowe symbole oraz sposób wymiarowania dla jednego z nich pokazano na rysunku.

Połączenia lutowane

Połączenie lutowane jest połączeniem, w którym metalowe elementy łaczone są przy użycia podwyższonej temperatury oraz spoiwa mającego temperaturę topnięcia znacznie niższą niż spajane metale. Obszar spoiny jest podgrzewany do temparatury, w której struktura krystaliczna spajanych metali jest w stanie wchłonąć pewną liczbę cząsteczek spoiwa. Spoiwo dodatkowo wypełnia wszystkie przestrzenie pomiędzy spajanymi elementami.

Wyróżnia się:

Lutowanie miękkie

w zależności od spajanych metali używa się różnych spoin i róznego zakresu temperatur. Dla stali, miedzi, cynku itp. stosuje się stopy cynowo-ołowiowe i temperatury 180-325°C.

Lutowanie twarde

w zależności od spajanych metali używa się różnych spoin i różnego zakresu tempeartur. Dla stali, stosuje się miedź lub mosiądz w temparaturach od 600 do 1450°C. Dla aluminium stosuje się stopy aluminiowo-krzemowe w temperaturach 530 do 570°C.

Do podnoszenia temparatury używa się płomienia gazowego lub lutownicy elektrycznej.

Lutowanie stosuje się zwykle tam gdzie bardziej istotna jest szczelność i estetyka złącza niż jego wytrzymałość.

Połączenia zgrzewane

Połączenia zgrzewane to połączenia metali i tworzyw sztucznych przez miejscowe dociskanie łączonych elementów przy jednoczesnym podgrzewaniu wystarczającym do doprowadzenia lączonych materiałów do stanu plastyczności.

Stosowane metody zgrzewania

zgrzewanie elektryczne: doczołowe (zgrzewanie jednoczesne większej powierzchni), liniowe i punktowe. Dwa arkusze blachy są ściskane przy jednoczesnym przyłożeniu napięcia w zgrzewanym obszarze, które powoduje miejscowe rozgrzanie materiału. Stosuje się w przemysłowych instalacjach montażowych

zgrzewanie gazowe: przy zastosowaniu palnika acetylenowego. Stosuje się przy zgrzewaniu elementów w nietypowych warunkach.

zgrzewanie szamotowe: w którym elementy podrzewane są w szamotowych formach przez ciekły żużel i następnie dociskane.

Innymi metodami zgrzewania są: zgrzewanie indukcyjne, tarciowe i dyfuzyjne.

Metoda takiego łączenia materiałów stosowana jest od wieków w zgrzewaniu kuziennym, kiedy to dwie blachy podgrzane w palenisku łączone są na kowadle serią uderzeń młota.

Obliczenia wytrzymałościowe połączeń zgrzewanych dokonuje się dla pełnego przekroju materiału w miejscu połączenia stosując współczynnik osłabienia zgrzeiny wynoszący X = 0.6 do 0.8 w zależności od zastosowanej technologii.

Połączenia klejone

Połączenia klejone - połączenia, w których wykorzystuje się adhezyjne właściwości substancji klejowych. Klej wnika w drobne pory (nierówności) na powierzchni materiału, po czym zastyga. Przy klejeniu tworzyw sztucznych dodatkowo następuje częściowe rozpuszczenie powierzchni klejonej. Połączenie tego typu w budowie maszyn stosowane jest sporadycznie i niemal wyłącznie do łączenia drewna i tworzyw sztucznych.

Połączenia wciskowe

Połączenie wciskowe - połączenie, w którym unieruchomienie części zapewnione jest przez tarcie pomiędzy ich powierzchniami. W połączeniu wciskowym elementy odkształcają się i związane z tym siły sprężystości materiału zapewniają odpowiedni docisk.

Ze względu na budowę połączenia wciskowe dzielą się na:

połączenia wciskowe bezpośrednie

w którym uczestniczą tylko elementy łączone.

połączenia wciskowe pośrednie

w którym uczestniczą dodatkowe elementy pośredniczące takie jak tuleje, pierścienie itp.

Ze względu na sposób łączenia połączenia wciskowe dzielą się na:

połączenia wciskowe skurczowe

w którym poprzez ogrzewanie lub zmrażanie jednego z elementów uzyskuje się zmianę wymiaru, wystarczającą do do zrealizowania połączenia.

połączenia wciskowe wtłaczane

w którym stosując zewnętrzną siłę (czasami znaczną) wtłacza się jeden element w drugi.

Połączenia wciskowe używane są najczęściej do osadzania obrotowych kół przekładniowych na wałach

Połączenia nitowe

Połaczenia nitowe - połączenia, najczęściej blach lub elementów konstrukcji stalowych - dźwigarów, wsporników, wiązarów itp, za pomocą łączników zwanych nitami. Połączenia tego typy zostały współcześnie wyparte przez połączenia spawane i zgrzewane

Nit w swej wyjściowej formie składa się z główki (1) i trzonu (szyjki) (2). Umieszony w otworze w łączonych elementach zostaje zakuty (zamknięty), tworząc zakówkę (3). Zamykanie nitu może się odbywać ręcznie, przy pomocy młotka ręcznego lub pneumatycznego i ręcznej nitownicy (kształtującej zakówkę) lub za pomocą maszynowej nitownicy.

Nity niewielkich rozmiarów można zakuwać na zimno. Większe i w bardziej odpowiedzialnych konstrukcjach zakuwa się na gorąco.

Przy nitowaniu zakładkowym (gdy arkusze blachy zawinięte są na krawędziach) i przy dużej gęstości nitów, można uzyskać wysoką szczelność połączenia. Pozwalało to na stosowanie nitów przy budowie zbiorników ciśnieniowych.