Rodzaje połączeń rozłącznych

1. Rodzaje połączeń rozłącznych Przemysław Błaszkowski Ie

2. Połączenia przedstawione w prezentacji: • Kołkowe • Klinowe • Wpustowe • Zgrzewane • Klejone • Sworzniowe

3. Połączenia kołkowe • Służą 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 kn, na zginanie kg lub na ścinanie kc.

4. Podział połączeń kołkowych 1.) W zależności od spełnianych zadań: • Złączne – przenoszące siłę tnącą • Ustalające – służące do ustalenia położenia jednej części od drugiej • Kierujące – zabezpieczające od obrotu przy przesunięciach wzdłużnych 2.) Zależnie od ustawienia kołka względem osi wału: • Wzdłużne • Promieniowe • Styczne

5. Rodzaje kołków Zależnie od kształtu rozróżniamy: • Kołki walcowe • Kołki stożkowe • Kołki karbowe

6. Kołki walcowe • Kołki wykonane z ciągnionego pręta i szlifowane na u6 przeznaczone są do wbijania w otwór rozwiercony na H7. • Kołki wykonane z ciągnionego pręta ze stali miękkiej St2 przeznaczone są do luźnego wkładania do otworu wierconego z ewentualnym następnym roznitowaniem.

7. Kołki stożkowe Wykonuje się z tych samych materiałów co kołki walcowe Zalety: • Nie wymagają dużej dokładności otworu • Są łatwiejsze do wbijania i wybijania • Posiadają dużą samochamowność

8. Kołki karbowe • Stosuje się gdy nie jest wymagane dokładne ustawienie jednej części względem drugiej. Otwór pod kołek karbowy nie wymaga rozwiercania. Kołki karbowe mają zwykle 3 karby powodujące sprężynujące zgrubienie.

9. Obliczanie kołków • Tabela dopuszczalnych naprężeń kołków w kg/cm2

10. Połączenia klinem poprzecznym Klin poprzeczny służy do łączenia drąga z tuleją, przy czym klin jest ustawiony poprzecznie względem osi drąga. Mamy w nim napięcie wstępne, które podobnie jak i obciążenie zewnętrzne powoduje zginanie klina. Napięcie wstępne uzyskuje się: • przy walcowym czopie drąga na jego czołowej powierzchni lub na kołnierzu • przy stożkowym czopie na jego stożkowej powierzchni.

11. Zastosowanie klinów poprzecznych Poprzeczne kliny stosowane są w wolnobieżnych maszynach tłokowych do łączenia drąga z wodzikiem, do łączenia dzielonych kół zamachowych itp. Oprócz klinów złącznych stosowane są kliny nastawcze, służące do regulacji luzu w łożyskach z dzielonymi panewkami itp.

12. Klin poprzeczny Klin i otwór muszą być zaokrąglone w celu zmniejszenia spiętrzenia naprężeń. Otwór na klin może być frezowany jednym lub dwoma frezami palcowymi albo też wiercony i dłutowany. W celu uniknięcia kłopotliwej obróbki pochylonej powierzchni w otworze drąga stosuje się czasem podkładkę o tej samej zbieżności co klin.

13. Schematy klinów poprzecznych

14. Wady połączeń klinowych poprzecznych: • Drogie wykonanie, wymagające często ręcznego dopasowania przy montażu • Znaczne spiętrzanie naprężeń, występujące w elementach łącznych osłabiające ich wytrzymałość zmęczeniową • Montaż połączony z uderzeniami młotka, niepożądanymi w każdej precyzyjnej konstrukcji

15. Zalety połączeń klinowych poprzecznych: • Stosunkowo łatwe i szybkie łączenie i rozłączanie • Skasowanie luzów w połączeniu, co pozwala stosować je przy dwustronnym działaniu sił

16. Klin poprzeczny Maksymalny moment skręcający, jakiemu może być poddane połączenie wpustowe wyznacza się z poniższych warunków wytrzymałościowych: • ze względu na naciski powierzchniowe: • ze względu na ścinanie:

17. Klin poprzeczny • Napięcia na klinach

18. Klin poprzeczny • Na rysunku przedstawiony jest wykres zmienności w czasie napięcia klina i tulei(linia falista ciągła) i końca drąga (linia przerywana).

19. Połączenia klinem wzdłużnym • Kliny wzdłużne służą do łączenia z wałem części osadzonych na wale i przenoszenia momentu skręcającego. Zaletą ich jest skasowanie luzów w połączeniu, co pożądane jest zwłaszcza przy zmiennym kierunku obciążeń oraz możność przejęcia znacznej siły wzdłużnej.

20. Wady połączeń klinem wzdłużnym: • Powodują mimośrodowe przesunięcie i przechylenie części osadzonej na wale • Wywołują duże spiętrzenie naprężeń w elementach łączonych • Wymagają przy montażu ręcznego dopasowywania i silnych uderzeń młotkiem przy wbijaniu klina

21. Zastosowanie klina wzdłużnego Liczne wady klina wzdłużnego powodują, że kliny wzdłużne podobnie jak poprzeczne są niechętnie widziane w nowoczesnych konstrukcjach maszynowych i zastępowane bywają połączeniami wpustowymi i wypustowymi. Stosuje się je w wolnobieżnych maszynach przy zmiennym kierunku obciążeń, gdzie zależy na całkowitym skasowaniu luzów, np. Przy osadzaniu koła zamachowego na wale.

22. Wykonanie klinów wzdłużnych Kliny wzdłużne wykonuje się z ciągnionego pręta ze stali przez zeszlifowanie jednej powierzchni i nadanie określonego pochylenia. Takie same pochylenie daje się w rowku piasty. Celem zmniejszania spiętrzenia naprężeń należy ściąć krawędzie klina i zaokrąglić krawędzie w rowkach na klin. Dopasowane do rowków kliny wbijane są zwykle po nasadzeniu piasty na czop. Sposób ten jest wydajny, wygodny pod względem montażu i daje małe spiętrzenie naprężeń. Rowek w piaście jest zwykle dłutowany lub przeciągany.

23. Podział klinów wzdłużnych: • Klin wklęsły • Klin płaski • Kliny wpuszczane • Kliny styczne

24. Klin wzdłużny wklęsły • Bez rowka na wale, przenoszący moment tarciem, stosowany jest w lekko obciążonych połączeniach np. przy osadzaniu dzielonego koła pasowego na wale pędnianym, co umożliwia ustawienie koła w dowolnym kierunku

25. Klin wzdłużny płaski • Ze spłaszczeniem wału na szerokości klina, pozwala przenieść nieco większy moment; stosuje się w podobnych przypadkach co klin wklęsły. Zastosowanie klinów wklęsłych i płaskich w nowoczesnych konstrukcjach jest minimalne.

26. Klin wzdłużny wpuszczany • Lepiej zabezpiecza przed przypadkowym przekręceniem się piasty na wale niż kliny uprzednio omawiane i dlatego jest znacznie od nich popularniejszy.

27. Kliny wzdłużne wpuszczane Mogą być ustawiane po dwa lub trzy w obwodzie, gdy zależy na: • Przeniesieniu dużego momentu skręcającego • Wyważeniu koła osadzonego na wale • Osadzeniu na wale osadzonego koła itd.

28. Kliny wzdłużne styczne • Stosuje się przy dużych momentach i dużej średnicy wału. Składa się zawsze z dwóch par klinów, ustawionych pod kątem 120-135°. Rowki w wale i piaście mają kształt trójkątny i razem tworzą prostokąt, którego jeden bok jest styczny do powierzchni czopa. W obu prostokątnych otworach wbijane są z dwóch stron kliny o jednakowej zbieżności. Zależnie od kierunku momentu pracuje tylko jedna para klinów.

29. Kliny wzdłużne z łbem • W przypadkach gdy istnieje trudność z wybiciem klina, stosowane są czasem kliny z łbem (z noskiem) dla wszystkich wymienionych typów. Kliny te nie cieszą się popularnością, ponieważ wystające łby na obracających się wałach stanowią niebezpieczeństwo dla obsługi maszyn.

30. Połączenia wpustowe Połączenia wpustowe są połączeniami ruchowymi i kształtowymi. Są to łączniki będące oddzielnymi częściami elementów łączonych, przenikającymi ich powierzchnie. Połączenia wpustowe dzielą się na: - spoczynkowe, w których element zewnętrzny nie przesuwa się względem wału; - przesuwne, w których element zewnętrzny może przesuwać się wzdłuż osi wału. W połączeniach spoczynkowych wpust jest mocno wciśnięty w rowekczopa i piasty (pasowanie N9/h9), a w połączeniach przesuwnych wpust jest mocno wciśnięty w rowek czopa (pasowanie N9/h9) i luźno osadzony w rowku piasty (pasowanie F9/h9).

31. Wpusty Wpusty w przeciwieństwie do klinów przenoszą moment skręcający jedynie przez nacisk na część bocznej powierzchni wpustu. W rowku piasty nad wpustem istnieje mały luz. W porównaniu z klinami wzdłużnymi wywołują one: • Mniejsze przesunięcia mimośrodowe i przechylanie się elementów osadzanych na wale • Pozwalają w odpowiednich warunkach uzyskać zamienność części bez konieczności dopasowywania ich przy montażu • Wywołują mniejsze spiętrzenie naprężeń w wale niż kliny wpuszczane lub styczne Mają jednak również pewne wady: • Nie kasują luzów w połączeniu • Nie przenoszą siły ciążącej

32. Podział wpustów Popularność wpustów jest znacznie większa niż klinów, wypierane są one jednak przez połączenia bezpośrednie, które lepiej odpowiadają nowoczesnym wymaganiom technologicznym. Rozróżniamy wpusty: • Zależnie od kształtu: pryzmatyczne i czółenkowe • Zależnie od spełnianych zadań: złączne, ustalające i kierujące • Zależnie od ustawienia względem osi wału: wzdłużne i czołowe

33. Wpusty pryzmatyczne Różnią się od klinów wpuszczanych jedynie tym, że nie posiadają zbieżności. Osadzone są zazwyczaj w rowku na wale bez dodatkowego zamocowania. Wpusty z czołem płaskim stosuje się przy rowku wykonanym na wale frezem krążkowym, wpust zaś z czołem zaokrąglonym – przy rowku wykonanym frezem palcowym.

34. Wpusty czółenkowe Wpusty czółenkowe stosuje się do czopów walcowych lub stożkowych o małej średnicy. Wykonuje się je z krążków. Rowek na wpust w czopie wykonuje się frezem krążkowym. Wpust czółenkowy może być użyty również jako klin, wówczas w rowku piasty daje się pochylenie 1:100.

35. Wpusty ustalające lub kierujące Wpusty ustalające lub kierujące są umocowane za pomocą wkrętów w rowku wału lub przyrządu oraz mają luźniejsze pasowania w części przesuwnej.

36. Wpusty czołowe Znajdują czasem zastosowanie przy czołowych połączeniach kołnierzowych walców, co pozwala na stosowanie śrub luźnych.

37. Montaż połączenia wpustowego

38. Połączenia zgrzewane Zgrzewanie jest to metoda łączenia elementów, w której powierzchnie zgrzewanego materiału w miejscu połączenia doprowadza się do stanu plastycznego i dociska uzyskując trwałe połączenie. Zależnie od czynników powodujących uplastycznienie powierzchni zgrzewanych, elementów metalowych, podział procesów zgrzewania przedstawia się następująco: • zgrzewanie kuzienne, • zgrzewanie gazowe, • zgrzewanie elektryczne (oporowe), • zgrzewanie tarciowe, • zgrzewanie wybuchem. Najpowszechniejsze w przemyśle maszynowym są jednak trzy ostatnie.

39. Połączenia zgrzewane Z kolei zgrzewanie tworzyw sztucznych wykonuje się na dwa różne sposoby: 1.)poprzez wytworzenie energii cieplnej w tworzywie: • zgrzewanie prądami wielkiej częstotliwości, • zgrzewanie ultradźwiękowe, 2.)poprzez przekazanie energii cieplnej z zewnątrz: • zgrzewanie indukcyjne, • zgrzewanie gorącym klinem, • zgrzewanie gorącym gazem.

40. Zalety połączeń zgrzewanych: • Duża wydajność • Duża wytrzymałość złącza • Łączenie ze sobą różnorodnych metali Zgrzewalność – zdolność metali do tworzenia przy odpowiednio dobranym planie zgrzewania, pełnowartościowe zgrzeiny bez wad strukturalnych: pęknięć, porowatości, wtrąceń niemetalicznych itp.

41. Zgrzewanie kuzienne • Zgrzewanie kuzienne jest formą zgrzewania zgniotowego. Polega ono na zmniejszeniu granicznej wartości odkształcenia w elemencie poprzez pogrzanie go do około 1350°C - w tej temperaturze tlenki na powierzchni żelaza stapiają się, a pod wpływem kucia są wyciskane poza złącze. Połączenie następuje przy stosunkowo niskich poziomach odkształcenia.Zgrzewanie kuzienne jest najstarszą metodą zgrzewania, a technika ta jest obecnie stosowana głównie w rzemiośle artystycznym.

42. Zgrzewanie gazowe metali • Zgrzewanie gazowe, podobnie jak kuzienne, jest formą zgrzewania zgniotowego. Zasada jego wykonania polega na ogrzaniu palnikiem acetylenowo - tlenowym elementów łączonych i ich dociśnięciu do siebie.

43. Zgrzewanieoporowe • Zgrzewanie oporowe to proces łączenia punktowego elementów metalowych. Połączenie takie powstaje w wyniku przepływu prądu elektrycznego o dużej gęstości i docisku zgrzewanych elementów w miejscu przepływu prądu. • Zgrzewanie doczołowo - zwarciowe polega na nagrzaniu styku zwartych doczołowo elementów prądem o dużej gęstości (prądem zwarciowym). Na rezystancji styku jest wydzielane ciepło podobnie jak w zgrzewaniu oporowym. Natomiast zgrzewanie doczołowo - iskrowe wykorzystuje dodatkowe źródło ciepła, którym jest łuk elektryczny (powstaje on w wyniku zwierania i rozwierania łączonych powierzchni).

44. Zgrzewanie oporowe Parametry zgrzewania oporowego: • Prąd przepływający przez zgrzewane elementy wytwarza ciepło na ich rezystancji według prawa Joule'a - Lenza (gdzie za R przyjmuje się rezystancję elementów, i - prąd spawania, a za t - czas przepływu prądu zgrzewania): • Ilość ciepła musi być tak dobrana, aby wywołać miejscowe nagrzanie materiału do temperatury bliskiej temperaturze topnienia. • Rezystancja zgrzewanych elementów zależy od ich przewodności i siły docisku na nie w miejscu zgrzewania. Dlatego podstawowymi parametrami procesu zgrzewania są: prąd, czas i siła docisku elektrod. Zgrzewanie elementów o tych samych przekrojach może być wykonane przy zastosowaniu parametrów: • miękkich - które charakteryzują się mniejszym prądem dłuższym czasem i mniejszą siłą docisku, • twardych - które charakteryzują się większym prądem, krótszym czasem i większą siłą docisku.

45. Zgrzewanie oporowe Rodzaje zgrzewarek oporowych: • w zgrzewarkach punktowych, które wykonują pojedyncze zgrzeiny punktowe za pomocą elektrod w kształcie świec, • w zgrzewarkach garbowych, których zasada działania polega na przepływie prądu przez elementy łączone, z których jeden ma wytłoczone garby. Elementy te są dociskane za pomocą elektrod w kształcie płaskich płyt (w miejscu garbów powstają zgrzeiny), • w zgrzewarkach liniowych, których elektrody krążkowe obracają się po zgrzewanym materiale, a prąd zgrzewania jest impulsowy. Przy odpowiednio dobranych parametrach, zgrzewarka ta umożliwia wykonanie hermetycznego połączenia, • zgrzewarką doczołowo - zwarciową, która umożliwia łączenie elementów ze stali i metali nieżelaznych o różnych przekrojach, zależnych od budowy zgrzewarki.

46. Zgrzewanie tarciowe • Zgrzewanie tarciowe jest metodą spajania elementów metalowych wykorzystującą ciepło powstające w wyniku ich wzajemnego tarcia (jednemu lub obydwu elementom łączonym nadaję się dużą prędkość obrotową a następnie dociska się je do siebie) lub tarcia pomiędzy narzędziem a łączonymi elementami. • Wydzielanie ciepła, w metodzie konwencjonalnej, następuje na styku zgrzewanych powierzchni dzięki czemu nagrzewane są niewielkie objętości metalu. Nagrzany metal przechodzi w stan plastyczności i jest wydalany ze styku w kierunku promieniowym na skutek działania siły osiowej i sił odśrodkowych (które dodatkowo powodują spęczanie elementów w miejscu styku). • W przypadku tarcia wibracyjnego, ciepło wydziela się dzięki temu, że jeden z elementów zgrzewanych jest zamocowany na trwałe a drugi (dociskany do niego) drga i dzięki temu powierzchnie styku doprowadzane są do temperatury podwyższonej plastyczności.

47. Zgrzewanie tarciowe • Trzecim sposobem jest, opracowana w 1991 roku, metoda powodująca mieszanie wewnętrzne spoiny FSW(z ang. friction stir welding). Zgrzeina tworzy się w wyniku przeciskania obracającego się, specjalnie wyprofilowanego, narzędzia w miejscu styku łączonych części. • Metodę tą wykorzystuje się między innymi przy łączeniu części roboczych i chwytowych narzędzi skrawających.

48. Zgrzewanie wybuchem • Zgrzewanie wybuchowe jest metodą spajania charakteryzującą się tym, że połączenie części następuje w wyniku docisku dynamicznego łączonych powierzchni wywołanego energią wyzwalającą się przy detonacji materiału wybuchowego. • Znane dotychczas sposoby zgrzewania wybuchowego metali i stopów można podzielić na dwie grupy: 1 ) metody polegające na bezpośrednim działaniu ładunku wybuchowego na łączone elementy, 2) metody polegające na działaniu pośrednim.

49. Zgrzewanie wybuchowe • W procesach spawalniczych zastosowanie znalazły metody bezpośredniego działania ładunku wybuchowego na łączone materiały. Źródłem energii przy zgrzewaniu wybuchowym jest paliwo chemiczne w stanie stałym w postaci odpowiedniego materiału wybuchowego. Paliwo to, w wyniku eksplozji przetwarza się w silnie sprężony gaz, mający wysoką temperaturę. Mamy, zatem do czynienia ze zjawiskiem fizycznym wyrażającym się gwałtownym oswobodzeniem energii - detonacją, która wywołuje falę uderzeniową przyciskającą ku sobie łączone elementy. • W wyniku gwałtownego zetknięcia łączonych elementów i ich wzajemnego przesunięcia powstaje połączenie z charakterystyczną falistą linią zgrzeiny.

50. Zgrzewanie wybuchowe • Warunkiem niezbędnym do uzyskania poprawnego połączenia są: • - odpowiednia prędkość zderzenia zapewniająca przejście materiału w stan plastyczny • - dokładne oczyszczenie łączonych elementów • - zapewnienie ujścia sprężonych gazów z miejsca styku