Połączenia części maszyn – rodzaje połączeń rozłącznych i nierozłącznych

Połączenia części maszyn – rodzaje połączeń rozłącznych i nierozłącznych.

Nitowanie jest procesem technologicznycznym, w wyniku którego uzyskuje się połączenia nierozłączne, pośrednie. Połączenia kilku części w zespół powstaje porzez zastosowanie łączników, którymi są nity. W łączonych przedmiotach wierci się lub przebija otwory pod nity, zapewniając ich wsółosiowość. W zależności od średnicy nitów i wielkości produkcji zamykanie nitów odbywa się uderzeniowo lub pneumatycznie albo też naciskowo za pomocą nitownic mechanicznych, hydrualicznych. Nity mogą być zamykane na zimno lub na gorąco. W zależności od zastosowania połączenia nity dzieli się na: mocne , stosowane w konstrukcjach stalowych, obciążąnych dużymi siłami; szczelne, stosowanie w konstrukcjach stalowych, obciążąnych dużymi siłami; szczelne, stosowane w zbiornikach niskociśnieniowych; mocno- szczelne, stosowane w zbiornikach wysokociśnieniowych; nieznacznie obciążonych, stosowane w drobynych konstrukcjach. Zalecane średnice nitów: 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16; 20; 24; 30; 36 mm.

Spawane połączenia należą do połączeń nierozłącznych, bezpośrednich. W zależności od metody spajania łączenie elementów odbywa się przez kohezję lub przez dyfuzję. Połączenia spawane powstaje w wyniku nadtapiania brzegów łączonych części i wprowadzenia stopionego metalu dodatkowego w miejsce łączenia; materiały te po ostygnięciu tworzą spoinę, wiążącą części w jedną całość. Spoiwem jest drut spawalniczy lub specjalne elektrody topliwe. Do spawania potrzebne jest źródło ciepła o dużym natężeniu, umożliwiające uzyskanie wysokiej temperatury niezbędnej do szybkiego stopienia metalu. Rozrównia się spawania:

• gazowe (np. acetylo-tlenowe) , stosowane przeważnie do łączenia cienkich blach stalowych,

• łukowe, najczęściej stosowane, m.in. ze względu na szybkie nagrzewanie części, obejmującą mniejszą powierzchnię niż przy spawaniu gazowym; źródłem ciepla w tej metodzie jest łuk elektryczny, powstający między elektrodą i łączonym elementem,

• spawanie atomowe (wodorem – atomowym), umożliwiające łączenie części ze stali wysokostopowych, żaroodpornych itp. oraz napawanie części stopami twardymi,

• spawanie plazmowe, które może być stosowane zarówno do łączenia części grubości 5-20 mm bez przygotowania brzegów, jak i do łączenia bardzo cienkich elementów

• spawanie elektronowe, umożliwiające łączenie materiałów o różnych właściwościach i o różnych gróbościach

• spawanie laserowe

• spawanie tworzyw termoplastycznych w strumieniu gorącego powietrza

Zgrzewanie metali polega na powstawaniu na powierzchniach styku łączących części wspólnych ziarn, będących wyniki dyfuzji i rekrystalizacji sąsiadujących ziaren metalu. Skuteczność procesu zgrzewania zależy głównie od ciścienia, temperatury i czasu trwania procesu. Najczęściej część łączone są nagrzewane prawie do temperatury topnienia, a następnie dociskane. W zależności od sposobu nagrzewania części łączonych rozróżnia się zgrzewanie:

• gazowe

• elektryczne: iskrowe lub oporowe

• termitowe

• tarciowe

Lutowanie polega na łączeniu metali, pozostających w stanie stałym, za pomoca roztopionego metalu dodatkowego (spoiwa), zwanego lutem. Luty są to materiały o niższej temperaturze topnienia poniżej 300 stopni i luty twarde o temp. topnienia powyżej 550 stopni. Za pomocą lutowania można łączyć prawie wszystkie metale w różnych kombinacjach. Dobór lutu zależy głównie od materiałów części łączonych, warunków pracy połączenia, wymaganej wytrzymałoąści lutowania.

Klejenie umożliwia łączenie prawie wszystkich materiałów, a więc metali z metalami i niemetalami (drewnem, gumą, tworzywami sztucznymi, szkłem itd.). Zaletami klejenia jest:

• wykożystanie pełnej wytrzymałości materiału łączonego,poniweaż warstwa kleju nie wywołuje naprężeń w materiale i nie osłabia części łączonych;

• uzyskanie zestawu elementów o nienaruszonej powierzchni;

• równomierne rozłożenie naprężeń na całej powierzchni złącza;

• odporność połączeń na korozję;

• zdolność tłumienia drgań;

Wady połączeń klejonych :

• możliwość rozwarstwienia połączeń pod wpływem obciążeń;

• małą odporność klejów na zmiany temperatury;

• długi czas utwardzenia większości klejów;

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

Wciskowe połączenia powstają w wyniku montażu części o większym wymiarze zwenętrznym (np. czopa wałka) z częścią obejmującą (oprawą) o mniejszym wymiarze wewnętrznym. Podczas montażu połączenia w obu częściach powstają odkształcenia sprężyste wywołujące docisk na powierzchniach styku. Dzięki temu możliwe jest przenoszenie obciążeń prze to połączenie. Połączenia wciskowe należą do połączeń spoczynkowych bezpośrednich. W zależności od technologii montażu rozróżnia się połączenia wtłaczane (walcowe lub stożkowe) oraz połączenia skurczowe (walcowe). Przy wymaganych dużych wciskach stosuje się połączenia kombinowane, polegające na równoczenym ogrzewaniu oprawy i oziębianu czopa. Połączenia wciskowe są w zasadzie nierozłączne. W przypadku połączeń wtłaczanych możliwe jest uzykanie połączeń rozłącznych, zwłaszcza przy małym wcisku, małej chropowatości powierzchni styku oraz stosowaniu odpowiednich smarów. W połączniach o dużym wcisku i wymaganym wielokrotnym rozłączaniu w jednym z elementów projektuje się specjalne kanały smarowe, przez które wprowadza się smar pod bardzo dużym ciśnieniem; umożliwia to demontaż połączenia bez uszkodzenia powierzchni styku.

Zalety połączeń wciskowych:

• dokładną współosiowość (środkowanie) częsi łączonych;

• brak elementów dadatkowych (w połączeniach bezpośrednich);

• proste i tani wykonanie;

• dużą obciążalność połączeń (przy dużym wcisku – nawet przy obciążeniach zmiennych i udarowych).

Wady połączeń wciskowych:

• znaczne naprężenie montażowe, grożące zniszczeniem części, zwłaszcza wykonanych z materiałów kruchych;

• trudność uzyskania żądanego wcisku, zależnego m.in. od uzyskanych wymiarów części;

• konieczność stosowania dodatkowych zabezpieczeń przy przewidywanych przeciążeniach o nieustalonej wielkości.

Połączenia wtłaczane są stosowane m.in. do łączenia korby z wałem i czopem korbowym, w połączeniach wielokrotnie rozłączanych, np. w wykrojnikach, do osadzania kół na wałach lub tulejach w różnych częściach maszyn. Połączenia skurczowe stosuje się przede wszystkim w połączeniach nierozłącznych do osadzania wieńców uzębionych w kołach zębatych, obręczy na kołach jezdnych, tulei na wałach.

Kształtowe połączenia części współpracujących oraz ustalenie ich wzajemnego położenia uzyskuje się poprzez odpowiednie ukształtowanie ich powierzchni (w połączeniach bezpośrednich) lub zastosowanie dodatkowych łączników (w połączeniach pośrednich). W połączeniach bezpośrednich na powierzchniach styku są wykonane wstępy i wgłębienia, które po połączeniu elementów spełniają funkcję łącznika. Nazwy połączeń kształtowych: wpustowe, wielowpustowe, kołowe, sworzniowe oraz klinowe. Podstawowym zadaniem połączeń kształtowych jest przenoszenie obciążeń (siły wzdłużnej, poprzecznej lub momentu skręcającego) działających na łącznik. W zależności od rodzaju połączenia łączniki spełniają również dodatkowe zadanie, np. powodują skasowanie luzów, dokładne osiowanie elementów połączenia, umożliwiają przesuwanie elementów względem siebie lub zapewniają scisłą powtarzalność położenia łączonych elementów w przypadku ich wielokrotnego monmtażu i demontażu. Wśród połączeń kształtowych bezpośrednich rozróżnia się połączenia wielowpustowe, wielokarbowe i wieloboczne, a w połączeniach pośrednich – wpustowe, kołowe, sworzniowe i klinowe. Części łączone mogą być nieruchome względem siebie (w połączeniach spoczynkowych) lub przesuwne wzdłuż osi (w połączeniach ruchomych). Powierzchnie robocze części łączonych i łączników stanowią: połączyzna lub pobocznica walca lub stożka.

Połączenia wielowpustowe należą do najczęściej stosowanych połączeń kształtowych. Są to połączenia bezpośrednie; na czopie wału są wykonane wstępy (wpusty), współpracujące z odpowiednimi rowkami w piaście. Połączenia wielowpustowe umożliwiają uzyskanie dokładnego osiowania, zmniejszenie nacisków jednostkowych.

Kołkowe połączenia są to elementy w kształcie walca lub stożka o dość dużej długości w stosunku do średnicy. Zadaniem kołków złącznych jest przenoszenie sił tnących, działających prostopadle do osi kołka. Kołki złączne są stosowane również do zabezpieczenia elementów łącznych przed przeciążeniem. Kołki ustalające stosuje się dla zapewnienia dokładnego położenia współpracujących elementów, połączonych np. za pomocą śrób. Przy ustalaniu elementów o płaskich powierzchniach styku stosuje się kołki, roztawione możliwie szeroko. Kołki walcowe
i stożkowe są powszechnie stosowane, zarówno jako złączne, jak i ustalające. Zależnie od wymagań kostrukcyjnych są one wtłaczane z różnym wciskiem (pasowania M8/h7, P7/h6 itp.) Kołki karbowe mają trzy karby, tworzące sprężyste zgrubienie, co zapewnia zacisk kołka w otworze. Kołki sprężyste, zwijane z taśmy ze stali sprężynowej, są stosowane przy przenoszeniu obciążeń udarowych. Połączenia sworzniowe nazywa się grubsze kołki walcowe, zabezpieczone przez wysunięciem z łączonych części. Zabezpieczenie sworzni przed przesunięciem wzdłużnym uzyskuje się za pomocą łbów, podkładek i kołków lub zawleczek oraz pierścieni osadniczych albo sprężynujących. Sworznie noskowe są stosowane w przypadku, gdy niezbędne jest zabezpieczenie sworznia przed obrotem względem części łączonych.

Klinowe połączenia należą do połączeń pośrednich rozłącznych, w których łącznikiem jest klin. Powierznie robocze klina mogą być walcowe, tworzące kąt z osią klina. Rozróżnia się kliny jednostronne oraz dwustronne symetryczne i niesymetryczne.

Gwintowe połączenia są połączeniami kształtowymi rozłącznymi najczęściej stosowanymi w budowie maszyn. Zasadniczym elementem połączenia gwintowego jest łącznik, składający się zazwyczaj ze śróby i nakrętki. Połączenia gwintowe dzieli się na pośrednie i bezpośrenie. W połączeniach pośrednich części maszyn łączy się za pomocą łącznika rolę nakrętki może również odgrywać gwintowany otwór w jednej z łączonych części. W połączeniach bezpośrednich gwint jest wykonany na łączonych częściach.

Dawid Rozburski