06. Nerazdvojivi spojevi, Opruge

  • Upload
    sasavkg

  • View
    654

  • Download
    1

Embed Size (px)

Citation preview

NERAZDVOJIVI SPOJEVI Predstavljaju spojeve koji se ne mogu rasklopiti bez razaranja. Ostvaruju se: zavarivanjem, lemljenjem, lepljenjem ili zakivanjem. 1. ZAVARENI SPOJEVI

Zavareni spojevi predstavljaju osnovni nain spajanja elemenata u nerazdvojivu vezu. Delovi koji se zavaruju obino su iz istih ili srodnih materijala, koji imaju priblino jednaku temperaturu topljenja, ali mogu biti i raznorodni materijali. Pored elika, pod posebnim uslovima mogu se zavarivati i neki obojeni metali (Cu, Al). Ipak moe se rei da se zavarivanje preteno koristi za delove od niskougljeninih elika, po pravilu elektrolunim postupkom zavarivanja. Obim primene zavarenih spojeva kod izrade mainskih elemenata i metalnih konstrukcija stalno raste, jer postupci zavarivanja postaju sve kvalitetniji i danas je ve mogue postii da mehanika svojstva zavarenih spojeva budu jednaka onima koja ima sam osnovni materijala, a esto ak i bolja. Zavarene konstrukcije u mainogradnji imaju prednost pred livenim, ukoliko se radi o pojedinanoj proizvodnji. Zavareni spojevi omoguavaju da se materijal konstrukcije optimalno iskoristi s obzirom na vrstou; odnosno oblik konstrukcije lake se prilagoava optereenju, kako bi se poveala vrstoa. Zavarene konstrukcije su u proseku i do 30 % lake od livenih. Nedostatak zavarenih spojeva pre svega je u tome to na mestu spajanja dolazi do lokalnog zagrevanja i neravnomernog izduenja i skupljanja, to prilikom hlaenja uzrokuje zaostale napone i naprezanja. Deformacije koji bi se naknadno javile mogu se da se smanje pogodnim smerom i redosledom zavarivanja, a ak potpuno odstraniti naknadnim termikom obradom (npr. arenjem, kod elika priblino na 500 - 700C). Nedostatak zavarenih spojeva je i u tome to zavise od subjektivnih okolnosti, obuenosti majstora koji zavaruje, radnih uslova i radnog okruenja i sl. Zavaruju se: - limovi (cevi, sudovi pod pritiskom) esto se izrauju automatizovano. Zavareni avovi su kontinualni, velike duine. Spadaju u najpovoljnije avove to se tie koncentracije napona i zaostalih napona. Nosivost im je blizu jedininoj nosivosti osnovnog materijala. - nosee konstrukcije (stubovi, grede) - kuita, postolja -mainski delovi (delovi zupanika ) Zavaruju se najee runo. Izraena je pojava koncentracije napona i obino se ojaavaju dodatnim rebrima. Poeljno je da idu na termiku obradu arenjem radi otklanjanja zaostalih napona, ako im gabariti to dozvoljavaju. av u zavarenom spoju se formira topljenjem elektrode i povrinskih delova koji se spajaju. Meanjem ova tri materijala (dva spojena + elektroda) dobija se jedinstvena celina.

Potencijalno slabo mesto u zavarenom spoju je tzv. zona uticaja toplote (ZUT). Ona nastaje u kontaktnoj zoni spojenog elementa sa varom, karakteristina je po krupnozrnoj strukturi i velikoj krtosti. Nastaje usled usijanja elementa pri zavarivanju, i dodatnom sagorevanju ugljenika.

Zavareni spoj ine zavareni elementi zajedno sa zavarenim avom. U zavisnosti od meusobnog poloaja, spojevi mogu biti:

Sueoni

Ugaoni

Preklopni

U zavisnosti od debljine limova , avovi se najee ostvaruju na jedan od sledeih naina:

Karakteristino je da u zavisnosti od dejstva sile, ugaoni avovi se ostvaruju na jedan od sledeih naina:

avovi imaju svoje standardne nazive i osnovne oznake: Naziv Oznaka Rubni av I av V av

Oblik

2

Naziv V av sa jednom zakoenom stranicom (1/2 V av) Potkoreni av (zavar) Y av Y av sa jednom zakoenom stranicom (1/2 Y av) U av J av

Oznaka

Oblik

Ugaoni av

av u otvoru

Takasti av

Linijski av

PRIKAZIVANJE AVOVA NA CRTEIMA Skraeni prikaz oznaavanja avova na tehnikim crteima dat je na osnovu standarda SRPS C.T3.011 i 012, koji je u skladu sa ISO 2553 i 4063. Svrha uproenog oznaavanja avova vidljiva je sa sledee slike, na kojoj su prikazani dvostrani Vav i jednostrani Y-av.

3

Prema pravilima tehnikog crtanja

Uproeno oznaen

Pored osnovnih oznaka avova koje su ovde prikazane, postoje i dopunske oznake, koje opisuju oblik povrine ava. Ukoliko nema dopunske oznake podrazumeva se da oblik povrine ava nije posebno utvren (tj. u datom sluaju nije od vanosti). Oblik povrine ava - ravna - ispupena - izdubljena Nekoliko primera dopunskih oznaka: Naziv Jednostrani V ravni av Dvostrani V ispupeni av Ugaoni izdubljeni av Jednostrani V ravni av sa potkorenim ravnim zavarom Oznaka

Oznaka

Popreni presek

4

Pored oznake (osnovna + dopunska) vrste ava, nain prikazivanja obuhvata i : - strelicu (1) na spoj - pokaznu liniju (2), koju ine neprekidna (2a) i isprekidana (2b) linija. Na osnovu njihovog meusobnog poloaja utvruje se da li je lice ava na strani strelice ili na suprotnoj (praktino isprekidana linija simbolizuje koren ava). U sluaju simetrinih avova isprekidana linija se izostavlja. - oznake oblika ava i brojnih vrednosti mera (3)

Jo nekoliko primera:

Simetrini av

Lice ava sa strane strelice

Lice ava na suprotnoj strani od strelice

Svaka oznaka za av mora sadrati i brojne vrednosti mera. Mera se upisuje na sledei nain (u pitanju ): je I-av, oznaka na crteu

Odreivanje mera ugaonih avova (av u obliku pravouglog trougla) vri se na dva naina prema slici, zavisnosti da li se meri visina ava a ili duina katete ava z :

U sluaju ava sa zakoenim stranicama kao mere a i z upisuju se visina i stranica najveeg trougla koji se moe upisati u preseku ava :

5

Kod isprekidanog ava, pored duine segmenta ava l upisuje se I rastojanje izmeu susednih segmenata ava e :

Kada je av izveden oko celog komada (av po zatvorenoj konturi), oznaka je krug (bez obzira na oblik konture):

Vrsta postupka zavrivanja se oznaava brojem upisanim u ravi kao na sledeoj slici a prema usvojenoj brojanoj nominaciji.

U sledeoj tablici dat je niz primera upotreba osnovnih oznaka zavarenih spojeva:

6

7

STATIKI PRORAUN ZAVARENIH SPOJEVA Tabline vrednosti dozvoljenih napona za osnovni materijal ( d 0 , d 0 )umanjuju se pri proraunu zavisno od vrste sastavka i naina optereenja pomou faktora zavarivanja z, koji zavisi od oblika (z1) i kvaliteta (z2) ava:

z = z1 z2Vrsta sastvka z1 sueono ugaono preklopno Dozvoljeni naponi sada imaju vrednost: 1 0,8 0,8 Kvalitet ava Visoki B Srednji C Niski D

z21 0,9 0,8

Navedene vrednosti su za statika naprezanja

d = z d0 ,

d = z d 0

Materijali koji se koriste za zavarene konstrukcije su u prvom redu elici, kao npr.: - .0360, .0460, .0461, .0462, .0560, .0561, .0562, .0245, .0345, .0445: - ugljenini elici .1200, .1208, .1120, .1208: - legirani .4120, .4320, .4720, .5420: - elini liv i razne vrste obojenih metala i njihovih legura.

8

Vrednosti nominalnih optereenja za varenih sastavaka trebalo bi uveati za faktor neravnomernosti optereenja , koji zavisi od karaktera optereenja. Karakter optereenja Mirno optereenje Sa umerenim udarima Sa jakim udarima 1 ... 1,1 1,2 ... 2 2 ... 3

Za odreivanje radnih napona koriste se obrasci poznati iz otpornosti materijala. Nosea povrina je popreni presek ava preko koga se pronosi optereenje sa jednog zavarenog elementa na drugi. U tablici su dati karakteristini primeri sa obrascima za izraunavanje napona. Nosea povrina ava moe biti umanjena ako nije zavren koren ava u odnosu na popreni presek elemenata u zavarenom spoju. Obino se usvaja umanjenje duine ava za debljinu ava sa jedne i sa druge strane (na slici lk = l 2a). U sluaju da je kontura ava zatvorena (npr. jedna cev zavarena za drugu) to smanjenje nije potrebno. Sueoni spoj optereen na istezanje uzdunom silom F i savijanjem momentom Mx ili My . Istezanje:

e

F , lk

najee se usvaja: = a Savijanje:

x =

6 Mx 6 My ; y = 2 2 lk lk

Vrednost momenta savijanja zavisi od geometrije zavarene konstrukcije, npr.

9

Zavareni ugaoni sastavak prema slici, optereen na: istezanje, savijanje i uvijanje Istezanje:

e

F ( d + 2 a ) 2 (1 2 ) 4Mf (d + 2a) 3 (1 4 ) 32

Savijanje:

f =d d + 2a

=

Uvijanje:

- ovde se ne uzima z nego a, smatra se da ivice ava nisu ba najkvalitetnije pa se ide na najmanju debljinu ava imae vrednost: Wz =

t =

Mt (d + 2a ) 3 (1 4 ) 16

U sluaju ugaonog sastavka prema slici optereenog na savijanje, obrtni moment sastavka

I1 I 2 e

Gde je I1 moment inercije preseka definisanog spoljnom konturom sastavka, a I2 unutranjom konturom. Veliina e predstavlja najudaljeniju taku konture od neutralne ose.

Kod preklopno zavarenih spojeva raun se moe obaviti na dva naina. Po prvom, sastavak se ralani na delove pod pretpostavkom da svaki deo sastavka nosi odgovarajui deo optereenja. Za sluaj istog savijanja moment savijanja M = M1 + M2, gde je: M1 = a c (h + a) d i odgovara horizontalnom delu sastavka, M2 =

a h2 6

d i odgovara

vertikalnom delu sastavka. U oba sluaja merodavan je dozvoljeni napon na smicanje.10

DINAMIKI PRORAUN Proraun se obino vri na osnovu dinamikog stepena sigurnosti: S D =

i =1 i

5

A

a

- gde je: - amplitudni napon a , - dinamika izdrljivost A , - uticajni faktori : 1 - faktor vrste sastavka i optereenja, 2 faktor klase kvaliteta, 3 faktor koncentracije napona (1/k), 4 faktor radnih uslova, 5 faktor ostalih uticaja (korozija, poviene temperature )

PRIMER 1. Odrediti duinu vara uke l za podizanje reduktora, ako je masa reduktora 800 kg, a ubrzanje pri podizanju a = 2g. av je srednjeg kvaliteta.

PRIMER 2. Za vertikalni stub je zavarena konzola, koja nosi cevovod kojim se transportuje mazut. Zavarena konstrukcija je od .0370, zavarena ugaonim avom, niskog kvaliteta, av je Z3 Jedinina masa cevovoda je 16,21 kg/m. Odrediti maksimalnu udaljenost na koju mogu biti rasporeene konzole.

11

2. Lemljeni spojevi Lemljenje je postupak kojim se metalni ili nemetalni delovi spajaju pomou rastopljenog dodatnog materijala (lema) u nerazdvojnu celinu. Pri lemljenju se osnovni materijal ne topi, jer ima viu taku topljenja od dodatnog materijala. Bolji rezultati pri lemljenju mogu da se postignu primenom "topitelja" (praak, pasta) i/ili zatitne atmosfere (gas ili vakum) u kojoj se vri lemljenje. Uz zavarivanje, lemljenje je jedan od najstarijih postupaka spajanja metala (staro koliko i dobijanje i prerada materijala, oko 5000 - 6000 godina). U poetku je lemljenje korieno za spajanje delova nakita iz zlata i platine, a kasnije i srebra. Danas se lemljenje koristi u masovnoj proizvodnji za spajanje elika, aluminijuma i raznih drugih materijala (automobilska i avionska industrija iroko primjenjuju lemljenje). Razvijeno je i lemljenje Zr, Ti, Be, metala sa visokom takom topljenja, kompozitnih materijala, kao i meusobno spajanje keramike i metala. Prednosti lemljenja: 1. Ekonomina izrada sloenih sklopova iz vie delova, 2. Povoljna raspodela naprezanja i povoljan prelaz toplote, 3. Mogunost spajanja nemetala s metalima, 4. Mogunost spajanja vrlo tanjih i debljih predmeta, 5. Mogunost spajanja raznih metala, 6. Mogunost spajanja poroznih materijala, 7. Mogunost spajanja vlaknastih i kompozitnih materijala, 8. Zbog niih radnih temperatura i svojstava dodatnih materijala kod lemljenih spojeva su nii zaostali naponi, nema promena kristalne reetke, tako da su neka svojstva lemljenih spojeva povoljnija, 9. Postiu se precizne proizvodne tolerancije. Nedostatci lemljenja 1. Statika, ali i dinamika vrstoa lemljenog spoja je nia (slabija) u odnosu na zavareni spoj. 2. Relativno visoka cena dodatnih materijala za lemljenje.12

Tipovi spojeva za lemljenje

Izvedbe sueonih spojeva sa lebom 3. Zalepljeni spojevi

Ugaoni spojevi

Lepljenjem se najee spajaju nemetalni materijali, legure lakih metala. Izuzetno brz razvoj u hemijskoj industriji, doveo je do toga da ne postoji ogranienje u primeni lepkova i lepljenih spojeva. Spoj obezbeuje sila athezije izmedju lepka i zalepljenog elementa. Podrazumeva se da sila kohezije unutar lepak bude jaa od pomenute athezije. Pri formiranju lepljenog spoja trebalo bi teiti da sam spoj bude izloen smicanju. Loa varijanta

Dobra varijanta

13

4. Zakovani spojevi Predstavlja tzv. diskontinualno prenoenje optereenja, odnosno prenoenje optereenja lokalnog karaktera. Slino, popreno optereenim zavrtnjima ili takasto zavrarenim spojevima. U novije vreme zakovani spojevi se koriste u sluajevima kada ne mogu da se primene prethodno pomenuti spojevi. Zbog velike koncentracije napona, procenjuje se da se nosivost spojenih delova zakivcima umanjuje i do 15 %. Za razliku od drugih naina spajanja, kod zakovanih veza, ovo slabljenje se ne moe nadomestiti odgovarajuim konstrukcijskim merama. Prednost zakovanih spojeva u odnosu na druge je mogunost priguenja vibracija spojenih delova kao i odsustvo krtog loma u odnosu na zavarene konstrukcije.

Zakovana veza l duina stabla zakivka pre zakivanja(izrade druge glave), a oblika, b zavrna glava

Jednoseni troredni preklopni sastavak sa naizmeninim rasporedom zakivaka

Dvoseni jednoredni sastavak sa dva podmetaa

Zakivak sa: punom, delimino ukopanom i potpuno ukopanom glavom

Podbijanje glave zakivka i lima

Nosivost zakovanih spojeva definisana je vrstoom zakivaka i vrstoom spojenih limova u oslabljenom preseku. Zakivak je izloen smicanju i zatezanju, kao i povrinskom pritisku

Potreban odnos izmeu prenika zakivka i debljine lima dobija se optimizacijom nosivosti na smicanje i povrinskog pritiska Limovi su optereeni na zatezanje i smicanje

Rastojanje izmeu zakivaka, dobija se optimaizacijom napona na zatezanje i smicanje.

14

OPRUGE Zadatak, podela i materijal Elastino vezivanje mainskih elemenata. Namena opruga: - amortizacija (priguenje) energije, udara automobili .... - akumulisanje energije asovnici, peadijsko oruje .... - merenje sile dinamometri .... - prinudno kretanje mainskih delova ventili u motorima SUS .... - ograniavanje npr. pritiska pare i sl. ventili sigurnosti .... - elastino medjusobno pritiskanje delova brave ....

Fleksiona (gibanj) i torziona opruga Osnovna obeleja opruga ugib opruge, tg = f / F , const za veinu opruga jedinini ugib, C [m/N] krutost, c = 1 / C [N/m]

Ugib proste fleksione opruge

Ugib zavojne torzione opruge, Optereena na pritisak, neoptereena, optereena na istezanje

Karakteristika opruge, prava linija, kriva linija FLEKSIONE OPRUGE

Shema prostog gibnja

15

Trapezasti gibanj,

runi steza sa prostim gibnjem

Dvostruki gibanj u dva reda

Postanak sloenog gibnja

Automobilski gibanj Gibanj za eleznika vozila (dole profil trake sa lebom i ispustom za voenje i podmazivanje)

16

TORZIONE OPRUGE

Prosta torziona opruga (torzioni tap)

Karakteristika proste torzione opruge TANJIRASTE OPRUGE

Cilindrina zavojna opruga

Tanjirasta opruga

Sloena tanjirasta opruga OPRUGE OD GUME

17