Расчет сварных односторонних швов на срез выполняется по формуле

(2)

Где []cр.- допускаемое напряжение на срез для соответствующего шва.

Если кромки скошены, стыковые соединения при растяжении — сжатии рассчитывают по формуле (2); в противном случае используют формулу (1).

Если нагрузка Р действует параллельно плоскости расположения сварного шва и на расстоянии Н от него (см. рис. 3, г), то такое соединение рассчитывают с учетом совместного действия изгибающего момента и срезающей силы Р по формуле

(3)

Расчет соединений, выполненных точечной сваркой, при нагрузке Р, направленный параллельно плоскости соединения деталей, производят па срез. При этом рассчитывают число п необходимых точек сварки в предположении, что нагрузка распределена равномерно между отдельными точками

(4)

где д. — диаметр сварной точки, определяемый размером электрода.

Значения допускаемых напряжении в формулах (1)—(4) необходимо выбирать с учетом вида сварки и условий эксплуатации сварного соединения [14].

Соединение пайкой. Пайкой называется процесс соединения двух или нескольких деталей с помощью расплавленного металла или сплава (называемого припоем), температура плавления которого ниже температуры плавления материала соединяемых деталей. Расплавленный припой смачивает соединяемые поверхности, а после затвердевания соединяет их.

В процессе пайки происходят взаимное растворение и диффузия расплавленного припоя и металла деталей, что обеспечивает определенную механическую прочность, электропроводность и герметичность соединения. Пайка в отличие от сварки не сопровождается плавлением материала деталей, которые сохраняют свой химический состав, структуру и механические свойства при незначительных остаточных напряжениях и короблении.

Недостатками пайки являются невысокая механическая прочность соединения, высокая стоимость припоя и необходимость специальных мер по технике безопасности.

В зависимости от способа нагрева деталей и припоя различают пайку с местным нагревом (электрическими и газовыми паяльниками, газовыми горелками, электродуговым и электроиндукционным способами) и пайку с общим нагревом (в муфельных, туннельных и электрических печах).

Используемые при пайке припои в зависимости от температуры плавления подразделяют на твердые и мягкие.

Твердые припои, имеют температуру плавления выше 500 °С и применяются для соединения деталей, изготовленных из стали, медных и алюминиевых сплавов, в тех случаях, когда требуется высокая механическая прочность соединения (предел прочности на растяжение до 5-10⁸ Па). Наибольшее распространение из твердых припоев получили серебряные и медно-цинковые. Иногда в качестве твердых припоев применяют медь и латунь. Медно-цинковые сплавы дешевле серебряных, но имеют более высокую

температуру плавления и хуже, чем серебряные, выдерживают вибрационные и ударные нагрузки.

Мягкие припои применяют для соединений с небольшими нагрузками (до 10⁸ Па) и электрического монтажа. Температура плавления этих припоев не превышает 400 "С. Из числа мягких припоев наибольшее распространение получили оловянно-свинцовые, состоящие из свинца и олова в различном соотношении.

При конструировании аппаратуры места спайки необходимо располагать таким образом, чтобы в них возникало усилие отрыва, а не среза, так как прочность паяных швов на срез в 3 раза меньше, чем на отрыв.

Из неметаллических материалов только стекло и керамика могут быть спаяны с некоторыми металлами. Для этого на поверхность стекла или керамики методом вжигания наносят тонкий слой серебра, а затем уже осуществляют пайку с другими металлами. Такое соединение имеет незначительную механическую прочность. Для увеличения прочности соединения вместо серебра используют подслой из более тугоплавких металлов, иногда таких подслоев может быть несколько.

Рекомендации по применению различных конкретных припоев и флюсов к ним, а также подробная технология пайки приведены в работе [24}.

Кроме рассмотренных видов пайки в последнее время находят применение сравнительно новые ее виды: пайка электроинструментом с импульсным нагревом, оптическим и лазерным методом, галлиевыми припоями. Последний вид пайки — наиболее прогрессивный, так как не требует источника тепла, а полученный шов сохраняет прочность при температуре 250—900 °С. Сущность метода заключается в том, что жидкий припой (смесь жидкого галлия с очень мелким порошком другого металла), нанесенный на соединяемые детали, затвердевает через 2—48 ч в зависимости от состава припоя.

Соединение запрессовкой. Соединение деталей за счет упругих деформаций, создаваемых натягом, называется запрессовкой, или прессовым соединением. Простота и надежность соединения объясняют его широкое распространение в приборостроении. Прочность такого соединения обеспечивается, в основном натягом, т. е. разницей в размерах посадочных поверхностей охватываемой и схватывающей деталей. Для симметричного распределения усилий, а также и из экономических соображений форму сопрягаемых поверхностей выбирают цилиндрической. Обычно в приборостроении применяются посадки с небольшим гарантированным натягом. Сборка соединений с натягом выполняется механической запрессовкой с помощью ручных винтовых, рычажных и небольших гидравлических прессов. Усилие запрессовки может быть уменьшено за счет предварительного нагрева охватывающей или охлаждения охватываемой детали. Для снижения требований к точности изготовления сопрягаемых деталей применяют накатку на одной из деталей. Обычно накатку делают на детали из более твердого материала.

При расчете прессового соединения определяют необходимое давление р, возникающее на поверхности сопрягаемых деталей вследствие натяга: при осевом нагружении соединения силой Q по формуле

(5)

где д.—поминальный диаметр сопрягаемых поверхностей; 1— длина запрессовки; f—коэффициент трения (f0,08  0, 14). При действии крутящего момента М_к из соотношения

Натяг  рассчитывают в зависимости от найденного давления и параметров материала деталей

(6)

где E₁ и Е₂ — модули упругости охватывающей и охватываемой деталей; ₁ ,₂, d₁ и d₂— коэффициенты Пуассона и соответствующие им диаметры сопрягаемых деталей. По расчетному значению натяга с учетом высоты микро неровностей деталей по таблицам допусков и посадок выбирают стандартную прессовую посадку, для которой минимальный натяг был бы несколько больше расчетного, После выбора типа посадки проводят поверочный расчет деталей на прочность

где []_сж ,и []_р—допускаемые напряжения сжатия (охватываемой детали) и растяжения (охватывающей детали); р_мах -- максимальное давление, определяемое по формуле (6) для максимального натяга _мах, соответствующего выбранному типу посадки. Требуемое усилие запрессовки рассчитывают из условия (5)

Соединение склеиванием. Склеиванием называется соединение деталей тонким слоем достаточно быстро затвердевающего состава (клея). Склеивание широко в приборостроении, особенно тогда, когда неприемлемы такие способы соединения, как сварка или пайка. Клеевое соединение обладает незначительной прочностью, но обеспечивает равномерное распределение напряжении в соединении, возможность соединения разнородных материалов и получения герметичного соединения. В настоящее время существует множество различных клеев. Конкретный выбор клея определяется материалом соединяемых деталей и условиями эксплуатации соединения.

В зависимости от нагрузки на клеевое соединение различают конструкционные и не конструкционные клеи. К конструкционным клеям, применяемым для нагруженных соединений, относятся карбонильные, эпоксидные, смоляные (марок БФ) и др. Из не конструкционных клеев, работающих при малых механических нагрузках, наиболее известны нитроклеи, резиновый, столярный, казеиновый и др. Оптические стекла склеивают бальзамами на основе смолы пихты.

Рекомендации по выбору марки клея и технологический процесс склеивания приведены в работе [24].

Заклепочные соединения. Соединение, выполняемое путем установки металлических стержней (заклепок) в совмещенные отверстия соединяемых деталей с последующей расклепкой и образованием головок за счет материала выступающего конца заклепки, называется заклепочным. В связи с развитием сварки, пайки и склеивания область применения заклепочных соединений значительно сузилась. Соединение этого вида применяется в тех случаях, когда сварка недопустима или невозможна.

Заклепочное соединение позволяет получать прочный, герметичный шов из различных однородных и неоднородных материалов с помощью несложного технологического оборудования. В то же время клепка довольно трудоемка, снижает прочность основных деталей за счет сверления отверстий под заклепки. В качестве материала для заклепок используют малоуглеродистые стали, красную медь, латунь и алюминий.

В зависимости от формы головки различают заклепки с полукруглой (рис. 5, а), с потайной (рис. 5, б) и с полупотайной головками (рис. 5, е).

Клепаное соединение образуется в результате формирования у заклепки замыкающей головки и компенсации зазора между заклепкой и отверстием в соединяемых деталях за счет осадки заклепки. Замыкающая головка образуется специальными инструментами (обжимками) с помощью ударной нагрузки, прессованием или развальцовкой.

В приборостроении размеры заклепок на прочность не рассчитывают, а определяют пообщей толщине h склепываемых деталей: диаметр заклепки, мм, d = 1 + 0,5h; длина заклепки, мм, l = h + 1,5d

В отдельных случаях при значительных нагрузках, ударах и вибрациях заклепочное соединение рассчитывают на прочность срезу н смятию.

Разъемные соединения

Разъемное соединение должно обеспечивать возможность многократной сборки и разборки без повреждения деталей, необходимую прочность и жесткость соединения, а также сохранение взаимного расположения деталей при повторных сборках н разборках в течение всего времени эксплуатации при заданных механических и климатических воздействиях.

Резьбовые соединения. Резьбой называется поверхность, образованная при винтовом движении плоской фигуры (профиля резьбы) по цилиндрической или конической поверхности. Резьбовыми называются соединения, осуществляемые с помощью деталей, снабженных резьбой. Резьбовые соединения широко применяются в приборостроении, так как имеют ряд преимуществ: простота сборки, удобство замены деталей при ремонте и эксплуатации, возможность регулировки относительного положения и усилия скрепляемых деталей, возможность соединения разнородных, не поддающихся сварке или пайке деталей. Недостатками резьбовых соединений являются: сложность и трудоемкость изготовления, необходимость применения специальных мер против само отвинчивания деталей и для герметизации соединения.

Для приборов САУ ЛА используют в основном крепежные резьбовые детали с метрической основной и мелкой резьбой небольшого диаметра. Основными видами крепежных резьбовых деталей являются болты, винты, шпильки и гайки (рис. 6).

Болтом называется крепежная деталь в виде цилиндрического стержня, имеющего на одном конце резьбу, а на другом — головку, за которую болт вращают или, наоборот, удерживают от вращения. При соединении деталей нарезанная часть болта ввинчивается в гайку.

Винт отличается от болта только тем, что ввинчивается не в гайку, а в резьбовое отверстие одной из соединяемых деталей.

Гайкой называется крепежная деталь, имеющая отверстие с резьбой.

Шпилька — это крепежная деталь в виде цилиндрического стержня, имеющего резьбу

Рис. 6. резьбовые соединения:

а - болтовое, б - шпилечное; в – винтовое

с обоих концов. Шпильку применяют с случае, когда нельзя или не удобно по условиям сборки использовать болт или винт.

Кроме основных крепежных деталей в резьбовых соединениях широко применяются вспомогательные детали —шайбы и различные стопорный устройства. Шайбы, (кольцевые пластинки) устанавливают между гайкой и соединяемой деталью для предохранения последней от повреждения, особенно в случае применения деталей из мягких или хрупких материалов. Специальные шайбы (пружинные, стопорные) и различные стопорные устройства предназначены для предотвращения само отвинчивания резьбовых соеднне-Ш1Й в процессе эксплуатации. В настоящее время существует множество разнообразных стопорных устройств. Конкретные примеры и рекомендации по применению болтов н стопорных устройств приведены в работе [14].

Резьбовые детали обычно изготовляют из мало- и среднеуглеродистых сталей (СтЗ, Ст4, Ст5), аз высококачественных углеродистых сталей марок 35, 45. Для ответственных деталей, работающих в условиях интенсивных механических нагрузок, применяются легированные стали (40Х, 40ХН, ЗОХН и др.). Детали, работающие в агрессивных средах, изготовляют из нержавеющих сталей (Х18, 3Х13).

При эксплуатации резьбовые соединения могут выходить из строя вследствие разрыва стержня болта (винта), среза или смятия резьбы. Чаще всего происходит разрыв стержня болта, поэтому при расчете в основном определяют диаметр резьбы.

В зависимости от условий сборки и нагружения резьбовые соединении подразделяют на ненапряженные и напряженные. Ненапряженными называются соединении, которые при сборке не затягиваются, н поэтому напряжения в них возникают только при действии внешней силы. Резьбовые соединения, подвергающиеся при сборке предварительной затяжке, являются напряженными. Напряжения в таких соединениях возникают после затяжки еще до приложения внешней силы.

Ненапряженные резьбовые соединения рассчитывают из условия прочности. При осевом нагружении силой Q внутренний диаметр резьбы находят по формуле

где []_р --допускаемое напряжение на растяжение для материала болта. При нагружении поперечной силой Р диаметр болта, поставленного под развертку, определяют из условия прочности его срезу

Расчет напряженного резьбового соединения, не нагруженного внешней силой, ведут по формуле

где Q₀ — сила затяжки болта (числовой коэффициент 5,2 учитывает не только растягивающее усилие, но и скручивающий момент от затяжки). Напряженное соединение при действии внешней осевой нагрузки Q рассчитывают из условия, что с учетом скручивания стержня болта сила затяжки: