Połączenia mechaniczne

Połączenia mechaniczne Elementy urządzeń wiąże się w całość za pomocą połączeń. Elementy łączone nazywa się głównymi. Między nimi istnieją w połączeniu siły wiążące, które warunkują przenoszenie między nimi obciążenia mechanicznego. Jeżeli siły przenoszą się w połączeniu z jednego elementu głównego na drugi, wówczas połączenie jest bezpośrednie. Są jednakże liczne przypadki, gdy dla przeniesienia obciążenia z jednego elementu głównego na drugi stosuje się element pośredniczący w postaci kołka, wpustu lub klina. Takie połączenie nazywa się pośrednim.

Podział połączeń mechanicznych Rozróżnia się połączenia: nierozłączne (nierozłączalne), rozłączne (rozłączalne). Połączenia nierozłączne mają na celu trwałe sprzężenie elementów. Połączenia rozłączne — w przeciwieństwie do poprzednich — można wielokrotnie łączyć bez uszkodzenia tworzących je elementów.

Połączenia nierozłączne Najogólniej połączenia nierozłączne można podzielić na: plastyczne, spojeniowe, które dzielą się na: spawane, zgrzewane, lutowane, klejone.

Połączenia spawane Podczas spawania dosunięte do siebie brzegi łączonych elementów zostają nadtopione. Ciekły metal wypełnia przerwę miedzy łączonymi elementami, a następnie krzepnie, tworząc spoinę. Spoinę może stanowić wyłącznie metal łączonych elementów, częściej jednak do miejsca spawania doprowadza się dodatkowo metal zwany spoiwem. Pod względem składu chemicznego spoiwo powinno być zbliżone do metalu części łączonych. Źródłem ciepła niezbędnego do nadtopienia brzegów oraz stopienia spoiwa jest płomień acetylenowo-tlenowy lub łuk elektryczny. Miejsca spawane mają mniejszą wytrzymałość niż materiał spawany. Należy to uwzględnić w obliczeniach wszelkich konstrukcji spawanych.

Zależnie od sposobu ułożenia spoiny rozróżniamy spoiny: a) czołowe, b) pachwinowe, c) otworowe

Połączenia zgrzewane W procesie zgrzewania do miejsca, w którym ma nastąpić połączenie, doprowadza się ciepło. W odróżnieniu od spawania materiał nie ulega w tym przypadku nadtopieniu, a jedynie osiąga stan plastyczny. W czasie podgrzewania łączone elementy silnie dociska się do siebie, dzięki czemu pojawiają się odkształcenia plastyczne zapewniające trwałość połączenia. Zgrzewanie znalazło szerokie zastosowanie także w produkcji wyrobów z tworzyw sztucznych.

W zakładach przemysłowych stosuje się zgrzewanie elektryczne oporowe W zakładach przemysłowych stosuje się zgrzewanie elektryczne oporowe. W tym przypadku materiał łączonych części nagrzewa się na skutek przepływu prądu. Prąd doprowadza się za pomocą elektrod, które jednocześnie dociskają do siebie elementy łączone. Oporowo zgrzewa się np. niektóre elementy konstrukcji blaszanych.

Stosując elektrody w kształcie prętów uzyskuje się zgrzeiny punktowe.

Zgrzeiny liniowe wykonuje się za pomocą urządzenia, w którym elektrody mają postać obracających się krążków.

Połączenia lutowane Połączenia lutowane charakteryzuje mała wytrzymałość. Dlatego zastosowanie lutowania ogranicza się do połączeń nie narażonych na zbyt duże obciążenia. Połączenia lutowane dobrze przewodzą prąd elektryczny, dzięki czemu znalazły szerokie zastosowanie we wszelkiego rodzaju urządzeniach elektrotechnicznych. Lutowanie polega na łączeniu części metalowych za pomocą stopu zwanego lutem. Temperatura topnienia lutu jest znacznie niższa od temperatury topnienia metalu łączonych części, dlatego przy lutowaniu nie zachodzi nadtapianie łączonych części. Połączenie następuje tu wskutek zwilżania tych części lutem oraz wskutek dyfuzji zachodzącej między materiałem części łączonych i lutem

Połączenia lutowane, jeśli mają przenosić obciążenia, należy kształtować w taki sposób, aby spoina podczas obciążenia podlegała ścinaniu. Przykłady rozwiązań konstrukcyjnych połączeń lutowanych przedstawia rysunek poniżej.

Połączenia klejone Połączenia klejone metali odznaczają się dość dobrą wytrzymałością. W przypadku klejenia istotnym zagadnieniem jest dobór substancji klejącej. Klej nakłada się cienką warstwą na uprzednio przygotowane i oczyszczone powierzchnie. Po częściowym utwardzeniu kleju części łączone należy do siebie docisnąć i w tym stanie utrzymywać je aż nastąpi całkowite utwardzenie kleju. Czas utwardzania i temperatura, w jakiej proces ten powinien się odbywać, zależą od rodzaju zastosowanego kleju. Do klejenia części metalowych stosuje się tworzywa termoutwardzalne lub termoplastyczne.

Przykłady połączeń klejonych przedstawia rysunek poniżej.

Połączenia plastyczne Istotą takich połączeń jest trwale odkształcenie elementów łączonych lub łączników. Z połączeń plastycznych najbardziej rozpowszechnione są połączenia nitowe. Nitowanie polega na łączeniu dwóch lub większej liczby elementów za pomocą łączników, zwanych nitami. Nity wprowadza się w otwory wykonane uprzednio w łączonych elementach, a następnie zakuwa za pomocą narzędzi ręcznych lub maszynowo.

Połączenia nitowe: a) nity, b) przykład połączenia nitowego

W bardzo lekkich konstrukcjach bywają stosowane nity rurkowe.

Inne rodzaje połączeń przez odkształcenie plastyczne przedstawiono na rysunku poniżej. Przykłady łączenia przez zwijanie krawędzi

Połączenia rozłączne Najogólniej połączenia rozłączne można podzielić na: połączenia gwintowe, połączenia bagnetowe, połączenia kołkowe.

Połączenia gwintowe Połączenia gwintowe stanowią podstawową grupę połączeń rozłącznych. Wykonuje się je najczęściej za pomocą znormalizowanych łączników gwintowych w postaci wkrętów, śrub i nakrętek. Różnorodność kształtów i wymiarów produkowanych łączników gwintowych umożliwia konstruktorom projektowanie połączeń łatwych w montażu oraz odpowiednich do warunków, w jakich będą pracowały. Pracy maszyn towarzyszą drgania powodujące samoczynne odkręcanie się nakrętek. Aby temu zapobiec, stosuje się zabezpieczenia w postaci podkładek sprężystych, podkładek odginanych, zawleczek. Zabezpieczenie przed odkręcaniem się drobnych wkrętów polega na zalaniu połączenia lakierem.

Przykłady: wkrętów śrub

Przykłady nakrętek a) kwadratowa, b) sześciokątna, c) koronowa, d) motylkowa.

Połączenia bagnetowe Połączenia bagnetowe zapewniają możliwość szybkiego rozłączenia elementów. Dlatego w ten sposób montuje się np. żarówki samochodowe.

Połączenia kołkowe Zadaniem takiego połączenia może być przenoszenie sił z jednego elementu urządzenia na drugi lub dokładne ustalenie położenia elementów względem siebie. Kołki mogą być walcowe lub stożkowe. Czasem stosuje się ponadto kołki z karbami oraz kołki rozcięte (sprężyste).

Przykłady połączeń kołkowych: z kołkiem łączącym, b) z kołkami ustalającymi.

Koniec Opracował: Marcin Tucholski Dla Ic Bydgoszcz 5.06.2004