Соединения деталей

Подавляющее большинство изобретений, описанных в этой книге, было бы невозможно, если бы их детали, узлы и агрегаты не соединялись бы между собой.
В данной статье мы рассмотрим основные виды соединений.
Соединения деталей делятся на разъемные и неразъемные.
Одним из наиболее распространенных видов разъемных соединений являются резьбовые соединения. Как уже указывалось в статье «Рычаг. Простейшие механизмы», резьба представляет собой наклонную плоскость, многократно обернутую вокруг цилиндра. Она состоит из нарезки – чередующихся канавок и выступов постоянного сечения, образованных на поверхности детали.
Долгое время резьбовые соединения выполнялись вручную и могли иметь совершенно произвольную нарезку. Сопрягаемые детали подгонялись друг к другу и не могли применяться в паре с другими деталями, что затрудняло ремонт оборудования.
Положение улучшилось с усовершенствованием в конце XIX в. Г. Модели токарно?винторезного станка. Это улучшило нарезку винтов. Позже появились стандарты на резьбовые соединения.
Форма поверхности, на которой образована винтовая нарезка, может быть цилиндрической и конической. По направлению движения резьбового контура различают правую и левую резьбу.
В зависимости от профиля (контура сечения канавок и выступов) резьба может быть треугольной, трапециедальной, упорной, круглой, прямоугольной.
Резьбовые соединения бывают болтовые, винтовые, шпилечные, при помощи шурупов.
В болтовом соединении болт – стержень с резьбой и четырех– или шестигранной головкой – вставляется в отверстия соединяемых деталей. На резьбу накручивается гайка. Между гайкой и деталью для герметичности соединения или увеличения площади опоры может помещаться шайба. Чтобы соединяемые детали не развинтились от вибрации, могут применяться контргайки (две навинченные гайки), шплинты (проволочные стержни, согнутые вдвое), которые вставляются в сквозное отверстие в болте.
Винтовое соединение не нуждается в гайке. Винт представляет собой стержень с резьбой и головкой. Головка служит для прижатия соединяемых деталей и может быть шестигранной, четырехгранной или круглой. Для закручивания винта может использоваться гаечный ключ или отвертка, для которой в головке винта делается прямой или крестообразный шлиц. Сопрягаемая резьба делается в самой детали.
Для соединения деревянных деталей и других деталей из мягких материалов применяются шурупы – винты, резьбовая часть которых имеет коническую форму. Головка шурупов может быть плоской (потайной) или иметь сферическую форму. Для завинчивания на ней делается прямой или крестообразный шлиц.
Шпилька представляет собой стержень с резьбой на обоих концах. Конец шпильки ввинчивается в одну из соединяемых деталей, а вторая деталь прижимается к первой путем навинчивания гайки на другой конец шпильки. Иногда гайки навинчиваются на оба конца шпильки.
Для соединения шкивов, зубчатых колес и других вращающихся деталей с валами применяются шпоночные и шлицевые соединения.
Шпонка представляет собой призматический или клинообразный брусок. Она входит в пазы, расположенные на валу и в детали. Шпонки делятся на затяжные (посаженные с натягом) и незатяжные шпонки. Затяжная шпонка способна передавать окружную и осевую силы, а незатяжная – только окружную.
Для передачи больших усилий применяется шлицевое соединение. Оно осуществляется при помощи выступов (зубьев), равномерно расположенных на валу, и соответствующих им впадин (шлицев) в отверстии детали.
Среди неразъемных соединений следует выделить сварное соединение, соединение при помощи пайки и клепки.
При пайке твердые материалы соединяются при помощи специальных составов – припоев. Припои изготавливаются на основе свинца, олова, меди и других металлов. Они имеют более низкую температуру плавления, чем соединяемые материалы. Расплавленный припой заполняет зазор между соединяемыми деталями, при этом происходит взаимное растворение и диффузия основного материала и припоя.
При помощи пайки соединяются сталь, чугун, стекло, графит, керамика, синтетические материалы. Чаще всего пайка применяется для соединения металлов. Ее условно делят на пайку твердыми и мягкими припоями. При пайке твердыми припоями место соединения нагревается при помощи газовой горелки, электрической дуги, токов высокой частоты. Пайка мягкими припоями осуществляется паяльниками, газовыми горелками, путем погружения в ванны с расплавленным припоем.
При помощи заклепок в основном соединяют изделия из листового и профильного проката. Для этого в соединяемых деталях проделываются совпадающие отверстия. В них вставляются заклепки, представляющие собой круглый стержень с заранее изготовленной закладной головкой на одном конце. Заклепки изготавливаются из стали, меди, алюминия, латуни и других материалов, чья пластичность позволяет формировать головки. После того, как заклепка вставляется в отверстие, путем расклепывания стержня формируется замыкающая головка.
Заклепочное соединение может выполняться внахлестку, когда соединяемые детали накладываются друг на друга, и встык, при помощи накладок. Долгое время, вплоть до 1930?х годов, заклепочные соединения были основными в машиностроении, судостроении, мостостроении – там, где требовалась большая прочность соединений.
Основным недостатком заклепочных соединений была большая трудоемкость. Постепенно они были вытеснены сварными и клеевыми соединениями.
Сейчас при помощи заклепок соединяют материалы, которые нельзя сваривать и нагревать, а также тонкостенные материалы. Заклепочные соединения используются в самолетостроении, в производстве автобусов и троллейбусов, в соединениях, которые работают при больших нагрузках и в условиях ударных и вибрационных нагрузок.