Slikovno Gradivo Za Predmet SE I

Fakulteta za strojnitvo Intitut za konstrukterstvo in oblikovanje

Laboratorij za zahtevne inenirske simulacije

Zoran Ren

Slikovno gradivo za predmet STROJNI ELEMENTI I

Zbrano gradivo

Maribor 2003

Zoran Ren: Slikovno gradivo za predmet Strojni elementi I Copyright 2003 Fakulteta za strojnitvo Naslov publikacije: Slikovno gradivo za predmet Strojni elementi I Vrsta publikacije: Zbrano gradivo Dostopno na spletni strani: http://lace.uni-mb.si/strojni_elementi_1_UNI/slikovno_gradivo Avtor: izr. prof. dr. Zoran Ren, univ. dipl. in. str. Zaloba: Zalonitvo Fakultete za strojnitvo, Maribor Tisk: Tiskarna tehnikih fakultet Naklada: 10 izvodov Leto natisa: 2003 Naslov avtorja: Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojnitvo

Smetanova ul. 17, 2000 Maribor E-mail: [email protected]

Avtorske pravice so pridrane.

Gradiva iz publikacije ni dovoljeno kopirati, reproducirati, objavljati ali prevajati v druge jezike brez pisnega dovoljenja avtorjev.

CIP Kataloni zapis o publikaciji Univerzitetna knjinica Maribor 621.81(075.8)(084.2) REN, Zoran

Slikovno gradivo za predmet Strojni elementi I : zbrano gradivo / Zoran Ren. Maribor : Fakulteta za strojnitvo, 2003

ISBN 86-435-0521-8 COBISS-ID 49030401

Predgovor

Slikovno gradivo za predmet Strojni elementi I je v osnovi zbir kopij prosojnic, ki jih avtor

uporablja pri svojih predavanjih iz navedenega predmeta, in je dopolnilo univerzitetnemu

ubeniku Ren, Glode: Strojni elementi - I. del, Maribor: Fakulteta za strojnitvo, 2001.

Slikovno gradivo je namenjeno predvsem tudentom, ki redno obiskujejo predavanja. Gradivo

je prirejeno tako, da ga lahko tudenti sproti dopolnjujejo s povzetki predavanj v za to

namenjen prostor pod kopije prosojnic in si tako pripravijo kvalitetne zapiske predavanj.

Maribor, januar 2003 izr. prof. dr. Zoran Ren

K a z a l o

1 UVOD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

NERAZSTAVLJIVI SPOJI 2 ZVARNI SPOJI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

3 LOTNI SPOJI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

4 ZLEPNI SPOJI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

5 KOVINI SPOJI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

RAZSTAVLJIVE ZVEZE 6 VIJANE ZVEZE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

7 SORNIKI, ZATII, VSKONIKI IN RAZCEPKE . . . . . . . . . . . . . . . . 169

8 ZVEZE GREDI IN PESTA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

ELASTINI DEFORMABILNI ELEMENTI 9 VZMETI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205

PODPORNI ELEMENTI ZA PRENOS GIBANJA 10 OSI IN GREDI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231

11 LEAJI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257

12 TESNILA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307

13 GREDNE VEZI IN SKLOPKE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319

LITERATURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347

izr. prof. dr. Zoran Ren Strojni elementi - I. del

Beleke:

1

UVOD

Uvodno poglavje je namenjeno kratkemu opisu osnovnih pojmov s podroja strojnih elementov in potrebnih znanj za njihovo obravnavo. Podan je kratek povzetek prvin strojegradnje, posebna pozornost pa je namenjena doloanju delovne obremenitve strojnih delov in njihovih posledinih napetostnih stanj. Podrobneje je obravnavana trdnost inenirskih gradiv z namenom razumevanja obnaanja gradiv pod obremenitvijo in smiselne doloitve dopustnih napetosti pri obratovanju strojnih delov.


Beleke:

2

Strojni elementi______________________________

UvodFakulteta za strojnitvo

Predmet obravnave

STROJSTROJ

Ekoloki problemiEkoloki problemi

Strojni deli in sklopiStrojni deli in sklopi

StandardiStandardi

OblikovanjeOblikovanje

Vrednostna analizaVrednostna analiza

VzdrevanjeVzdrevanje

RegulacijaRegulacija


Beleke:

3



Vrste strojev

PrenosnikPrenosnik DelovnistrojDelovni

strojPogonski

strojPogonski

stroj

motorji z notranjim izgorevanjem,

parni stroji, toplotne turbine, pnevmatski

motorji, elektromotorji itd.

jermenska gonila, verina gonila, zobnika gonila, posebna gonila, mehanizmi itd.

orodni stroji, dvigala, transporterji, ventilatorji, rpalke, kompresorji, elektrogeneratorji


Beleke:

4



Strojni deliStrojni sklopi

Strojni elementi

Strojni deliStrojni sklopi

Strojni elementi

Razstavljivi spojiRazstavljivi spoji

ZobnikiZobniki

VerigeVerige

JermeniJermeni

Torni elementiTorni elementi

Trajni spojiTrajni spoji

VzmetiVzmeti

LeajiLeaji

Gredi in osiGredi in osi

Sklopke in zavoreSklopke in zavore

TesnilaTesnila

Strojni deli, elementi in sklopi


Beleke:

5



Povezava s sorodnimiznanostmi in disciplinami

Tehnina mehanika statika, kinematika, dinamikaTrdnost nosilnost, togost, vzdrljivost, deformacijeGradiva poznavanje osnovnih strojnikih materialovTehnologija obdelave naini obdelave surovcevTehnino risanje znanje tehninega jezika Matematika osnovno orodjeNumerino raunanje potrebna veina Raunalnika pismenost uporaba raunalnika


Beleke:

6



Projektiranje in konstruiranje

Projektiranje idejni projekt strojaKonstruiranje doloanje in predpisovanje oblik in dimenzij

Oblike in dimenzije strojnih delov morajo zadovoljiti pogoje:

funkcionalnosti in namembnosti, delovne sposobnosti, proizvodnje, ekonominosti , ipd.

Vsi navedeni pogoji so medsebojno odvisni, zelo pogosto celo kontradiktorni, tako da jih ni mogoe v celoti izpolniti. Naloga konstrukterja je, da glede na dane pogoje in monosti najde najboljo reitev, pri emer na prvem mestu upoteva vedno tistepogoje, ki so za dani primer najpomebneji.


Beleke:

7



Standardizacija

Standardizacija proces sprejemenja in upotevanja predpisov s ciljem smiselne organiziranosti v doloenem podroju loveke dejavnosti in doseganja najveje mogoe ekonominosti ob upotevanju pogojev funkcionalnosti in varnosti. Standardizacija je zasnovana na preverjenih rezultatih znanosti, tehnike in izkuenj na eni strani, ter sporazuma vseh zainteresiranih na drugi strani.

Standard rezultat dela v doloenem podroju standardizacije in je izraen v obliki predpisa, ki je sprejet sporazumno in je potrjen s strani priznane avtoritete.

Interna standardizacija v tovarnah nacionalni standardi ISO standardi (International Standardising Organisation) nacionalni standardi standardizacija v tovarnah.


Beleke:

8



Standardna tevila

Osnovna zaporedja Izjemno zaporedje Osnovna zaporedja Izjemno

zaporedje R5 R10 R20 R40 R80 R5 R10 R20 R40 R80

1,00 1,00

1,25

1,00

1,12

1,25

1,40

1,00 1,06 1,12 1,18 1,25 1,32 1,40 1,50

1,001,061,121,181,251,321,401,50

1,03 1,09 1,15 1,22 1,28 1,36 1,45 1,55

4,00 4,00

5,00

4,00

4,50

5,00

5,60

4,00 4,25 4,50 4,75 5,00 5,30 5,60 6,00

4,00 4,25 4,50 4,75 5,00 5,30 5,60 6,00

4,12 4,37 4,62 4,87 5,15 5,45 5,80 6,15

1,60 1,60

2,00

1,60

1,80

2,00

2,24

1,60 1,70 1,80 1,90 2,00 2,12 2,24 2,36

1,601,701,801,902,002,122,242,36

1,65 1,75 1,85 1,95 2,06 2,18 2,30 2,43

6,30 6,30

8,00

6,30

7,10

8,00

9,00

6,30 6,70 7,10 7,50 8,00 8,50 9,00 9,50

6,30 6,70 7,10 7,50 8,00 8,50 9,00 9,50

6,50 6,90 7,30 7,75 8,25 8,75 9,25 9,75

2,50 2,50

3,15

2,50

2,80

3,15

3,55

2,50 2,65 2,80 3,00 3,15 3,35 3,55 3,75

2,502,652,803,003,153,353,553,75

2,58 2,72 2,90 3,07 3,25 3,45 3,65 3,87

10,00 10,00 10,00 10,00 10,00

xq 10=

Geometrino zaporedje:

x = 5, 10, 20, 40 ali 80

a, aq, aq2 aqn

kolinik stopnje veanja:


Beleke:

9



Tolerance

Tolerance dovoljena odstopanja oblik in dimenzij strojnih delov od absolutne tonosti.

Razlikujemo naslednje tolerance: tolerance dolinskih mer strojnih delov, tolerance oblike in poloaja posameznih konturnih povrin

strojnih delov, tolerance kvalitete gladkosti povrin strojnih delov.

Standardizirani sistem toleranc zajema sistematizirane podatke o velikosti dovoljenih odstopanj prilagojenih potrebam funkcionalnosti strojnih delov in monosti ekonomine izdelave in kontrole.

ozke tolerance -> poveani stroki proizvodnje (precizni stroji in orodja, merilni pribor in kvalificirana delovna sila)


Beleke:

10



Delovna sposobnost strojnihdelov

Vedno je potrebno upotevati dve stanji: delovno stanje ustreza predvidenim obratovalnim pogojem kritino stanje ustreza mejnim obratovalnim pogojem, pri katerih

se pojavijo kritine pokodbe, ki onemogoijo pravilno in varno obratovanje strojnih delov.

Trdnost zoperstavljanje poruitvi pod vplivom obremenitve.Togost sposobnost zoperstavljanja elastinim deformacijam, ki so posledica delovne obremenitve. Vibracije, oscilacije pojav periodino spremenljivih malih deformacij strojnih delov vsled periodino spremenljive obremenitve. Pregrevanje je posledica izvora toplote zaradi delovnega procesa stroja (toplotni stroji) ali pa je posledica medsebojnega trenja strojnih delov med obratovanjem.


Beleke:

11



Delovna obremenitevstrojnih delov

Obremenitev strojnih delov v splonem predstavljajo prostorski sistemi zunanjih sil in momentov. Te obremenitve so posledica:

odporov, ki jih stroji morajo premagati, da izvrijo koristno delo, tee posameznih delov in koristnih bremen, pritiska plinov in tekoin, deformacij in vztrajnostnih sil.

Glede na porazdelitev so lahko obremenitve: volumske (lastna tea, vtrajnost), povrinske (kontakt dveh delov, pritisk plina ali tekoine), linijske (teoretino, praktino zelo ozko obmoje veje doline) in tokovne (teoretino; praktino zelo majhno obmoje glede na

povrino strojnega dela).


Beleke:

12



Porazdelitev obremenitve

Slika 1.2: Razvrstitev obremenitev glede na porazdelitev sila) volumske sile b) povrinske sile c) linijske sile d) tokovne sile

V

dV

dG g

F F

p a) b)

c) d)

a) volumske sile b) povrinske sile c) linijske sile d) tokovne sile


Beleke:

13



Vrste obremenitev

z Koristna obremenitev

z Tea delov in bremen

z Vztrajnostne sile in momenti

z Tlak tekoin in plinovz Trenje

Pri drsenju Pri kotaljenju

vPF =

nPPT == 2

gmFg =

amFv == JTv

2= rmFc

ApFt = AhpF gt += )(


Beleke:

14



Trenje pri drsenju

FN

1 v Ftr1

Ftr2 2

1 r

Ftr1 Ftr2

2

FN

Ttr2

1

dz 2

FN

Ttr2

dn

rsr dFtr2

dFtr1

ravne povrine valjaste povrine krone povrine

= Ntr FFrFrFT Ntrtr == srNsrtrtr rFrFT ==

22

33

31

nz

nzsr dd

ddr =

Ftr sila trenja FN normalna pritisna sila koeficient trenja


Beleke:

15



Koeficienti trenja

Gradivo kontaktnih delov Koeficient trenja

pri mirovanju o

Koeficient trenja pri gibanju

Koeficient

kotalnega trenja k

mehko jeklo / mehko jeklo trdo jeklo / trdo jeklo 0,100,20 0,050,15

0,005 0,001

jeklo / bron jeklo / siva litina 0,180,25 0,050,20 siva litina / siva litina sival litina / bron 0,160,26 0,100,20 0,005 jeklo / les siva litina / les 0,100,60 0,080,50 0,0300,400 jeklo / led 0,03 0,015 les / les usnje / kovina usnje / les

0,200,70 0,250,60 0,300,40

0,050,40 0,120,25 0,200,30

0,0500,080

guma / asfalt 0,600,90

suho: 0,500,70 vlano: 0,200,35 sneg: 0,100,50 led: 0,050,15

0,01

Opomba: Manje vrednosti veljajo za bolje obdelane in mazane povrine, veje vrednosti pa za grobo obdelane in suhe povrine.


Beleke:

16



Trenje pri kotaljenju

r

FN

Fk

FN

F

C Ce

k

1

2

Tk1

rFFT kkNk = rFFk

Nk

o rFFk

trok

Tk moment kotalnega trenja Fk sila kotalnega odporak koeficient kotalnega trenja

Pogoj za kotaljenje brez drsenja:

Ftro sila trenja pri mirovanju; Ftro =FNoo koeficient trenja pri mirovanju


Beleke:

17



Statina in dinamina obremenitev

t

F

F

t

FF

t t

T

T

Statina obremenitev

Dinamina obremenitev

stohastina periodina harmonina


Beleke:

18



Dinamine harmonine obremenitve

Fmax Fsr

Fmin

FA

FA

F

as t

Fmax = 2 FA Fmax > 0

Fmax = FA

Fmin = 0

Fsr = FA

Fmin < 0

Fsr = 0

Fmin = Fmax 0 < R < 1 R = 0

R = 1 1 < R < 0

Fsr > 0

enosmerna nihajna

utripna splona izmenina ista

izmenina

max

min

FFR = 2

minmax FFFA=

2minmax FFFsr

+=


Beleke:

19



Nominalna in raunskaobremenitev

Nominalna obremenitev obremenitev pri kateri je predvideno normalno obratovanje posameznih strojev in njihovih delov. Razlikujemo stroje, ki delujejo v stalnem ali intermitennem reimuobratovanja, pri emer so lahko le-ti dobro ali slabo uravnoteeni.

Raunska obremenitev ustrezno poveana nominalna obremenitev, ki je osnova trdnostnega prerauna:

S koeficientom obratovalnih pogojev Ko upotevamo nenatannost doloitve velikosti dejanskih obremenitev in ga doloimo s pomojo izkustvenih enab, diagramov ali tabel glede na znane splone obratovalne pogoje ali lastne izkunje pri konstruiranju.

nomorac FKF =


Beleke:

20



Napetostna stanja strojnih delov

F ,

F ,

A AF=

AF ||=

Osnovna napetostna stanja:nateg / tlak,upogib,strig invzvoj (torzija).

Izvedena napetostna stanja pod vplivom tlanih obremenitev :

izboitev,uklon,povrinske kontaktne napetosti.

Normalne napetosti:

Tangencialne napetosti:


Beleke:

21



Nateg in tlak

+ +F

F

AF

tn= ,

lE

l tn = ,

Tll T =

Natezna/tlana napetost:

l l F

Deformacija zaradi napetosti:

Deformacija zaradi temperaturnih sprememb:


Beleke:

22



Upogib

e

+ u max F

u max e

Mu = Fx

x l

nevtralna os n n

u

uuu W

MeI

M == max

Najveja napetost v prerezu zaradi upogiba:

Mu upogibni moment v opazovanemprerezu; Mu = Fx

I upogibni vztrajnostni moment prerezaWu upogibni odpornostni moment prerezae najbolj oddaljena toka prereza od

nevtralne osi


Beleke:

23



Uklon

F

l l l l

F F F

llukl 2= llukl = 22llukl = 2

llukl =

minilukl=

AIi minmin =

22

2min2

=== E

AlIE

AF

ukl

kk

Vitkost elementa:

Najmanji upogibni vztrajnostni moment prereza:

Elastini uklon po Eulerju pri > 105:

V vmesnem obmoju neelastini uklon Tetmajerjeve enabe: konstrukcijsko jeklo < 105: k = 310 1,14

Pri < 60 ni nevarnosti uklona.


Beleke:

24



Strig

A

F

A A

F

F/2 F/2

F

AF

s||=

Nominalna strina napetost:

Realna najveja strina napetost:pri pravokotnem prerezu s max = 3/2spri okroglem prerezu s max = 4/3spri kolobarjastem prerezu z majhno debelino stene s max = 2s


Beleke:

25



Vzvoj (torzija)

R

F

l

t max

t max

en n

ttt W

TeIT == maxNajveja vzvojna napetost:

tIGlT

= 180Vzvojni kot:


Beleke:

26



Sestavljena napetostna stanja in primerjalne napetosti

Sestavljena normalna napetost:

Sestavljena tangencialna napetost:

max, utn =

maxts =

Hipoteza najvejih strinih napetosti (po Mohru):

Hipoteza najvejega deformacijskega dela (po Huberju, Misesu):

Hipoteza najvejih normalnih napetosti:

20

2 )(4 += p 2,02,0

dop

dop0 22 t

p

RR

=

20

2 )(3 += p 2,02,0

dop

dop0 73,13 t

p

RR

=

++= 202 )(421

p2,0

2,0

dop

dop0

t

p

RR

=


Beleke:

27



Kontakt skladnih povrin

F

b l

A= bl

FF F

p sr

d

pmax

psr

p max

l

l

d

Kontakt ravnih povrin Kontakt ukrivljenih povrin

AFpsr =

Srednji povrinski tlak:

projsr A

Fp =projAFp = 27,1max

Srednji povrinski tlak:

Najveji povrinski

tlak:


Beleke:

28



Kontakt neskladnih povrin

1

p sr

2

p H m

ax

2, 2

1, 1

FN

FN

2a

r1 r1

r2

r2

1, 1

2, 2

FN = 0

x

21

21*rrrrr +

=

)1()1(2* 2

12221

21

+=EEEEE

Valjaste povrine (linijski kontakt):

lErFa N

=*

*8

lrEFp NH

=*2

*max

222

2)( xala

Fxp NH =

Za jeklo ( = 0,3):xmax 0,6pHmaxmax 0,30pHmax v globini 0,78a


Beleke:

29



Trdnost inenirskih gradiv

u m upl mpl

Rm

Rp E = tan

zlom

Rp0,01

0,2%

Rp0,2 ReL ReH

trdo jeklo

mehko jeklo

siva litina baker

mehko jeklo trdo jeklo

)(= fv splonem


Beleke:

30



Podroje elastinosti

= EHookov zakon:

ll=

= G

)1(2 +=EG

l l F

F,

Normalna obremenitev Strina obremenitev

= q

Deformacija:

Poissonovo tevilo:

Strini modul:

Hookov zakon za strig:

E modul elastinosti


Beleke:

31



Trdnostni podatki inenirskih gradiv

Gradivo Natezna trdnost Meja plastinosti Modul elastinosti GostotaRm [N/mm2] Re, Rp0,2 [N/mm2] E [N/mm2] [kg/m3]

Jekla 3001500 1801100 2,1105 7850Jeklene litine 100800 200500 0,881052,1105 72507850Al-zlitine 180400 80280 0,7105 26002900Cu-zlitine 170500 70220 0,91051,23105 74008800Mg-zlitine 150300 90210 0,42105 17402000 Ti-zlitine 800900 750850 1,05105 4500Karbidne trdine > 2000 > 2000 58105 16000Les < 200 < 80 0,1105 5001000Umetne snovi 0,180 0,180 0,21034103 8002000


Beleke:

32



Dinamina volumenskatrdnost inenirskih gradiv

ADsrD += ANsrDN +=Trajna dinamina trdnost: asovna dinamina trdnost:

NNDN

DN

sr D

AD AN

m

DN

D

DNN

= Whlerjev diagram


Beleke:

33



Smithov diagram trajne dinamine trdnosti

+

sr

Rp0,2

+D

D

D

D za nateg in tlakDu za upogib D za vzvoj

utrip

na o

brem

enite

v (I

I)

izm

eni

na o

brem

enite

v (II

I)

D =

Rp0

,2

mirn

a ob

rem

enite

v (I)

+

sr

AD

AD

min

m

ax

D

sr

D

45 45

38 za jeklo


Beleke:

34



Povrinska trdnostve

likos

t obr

abe

as obdobje vtekanja

obdobje normalne eksploatacije

poruitev povrine

obdobje progresivne

obrabe

pred vtekanjem

po vtekanju

ee Rp )2,1...0,1( HBRm )6,3...4,3(

=

kontakt iza tokovnHB

HBpM

)85(

kontakt linijskiza )64(

meja plastinosti

razmerje med trdoto in natezno trdnostjo

poruitveni povrinski tlak


Beleke:

35



Vrste pokodb povrine

a - obraba b - zlom zoba c - jamienje d - toplotno razjedanje


Beleke:

36



Zarezni uinek

max

max

nateg upogib

)10(3...1max ==kkoeficient zareznega uinka


Beleke:

37



Dopustne napetosti

Statine obremenitve: dopDopustna napetost: =

Rdop

R = Rm (M) trajna statina trdnost gradivaRe meja teenja oziroma plastinostiRp0,2 dogovorna meja plastinosti

dopmax D dopADA Dinamine obremenitve:Dopustna napetost: =

DD dop =

AAD dop

D = D trajna dinamina trdnost gradivaDN asovna dinamina trdnost gradivaA = AD amplitudna trajna dinamina trdnostAN amplitudna asovna dinamina trdnost


Beleke:

38



Varnostni koeficienti

ilava gradiva (valjana in kovana) Krhka gradiva Vrsta obremenitve Statina trdnost

Meja plastinosti

Dinamina trdnost

Statina trdnost

Mirna 34 1,53 46 Enosmerna

spremenljiva 56 34 2,54 68

Izmenina spremenljiva 1012 37 36 1215

Udarna 1215 68 1520 Uklon 320 glede na kritino uklonsko napetost k

Orientacijske vrednosti varnostnih koeficientov


39

Beleke:

NERAZSTAVLJIVI SPOJI IN RAZSTAVLJIVE ZVEZE

V naslednjih poglavjih so podan osnovni principi delovanja, sestave, oblikovanja in prerauna nerazstavljivih spojev (zvarni, lotni, zlepni in kovini spoji) in razstavljivih zvez (vijane zveze, sorniki, zatii, vskoniki in razcepke, zveze gredi in pesta). Podrobneje so obravnavane vijane zveze, ki so zaradi svoje uporabnosti eden najpomembnejih strojnih elementov.


40

Beleke:


SpojiFakulteta za strojnitvo

Razdelitev spojev

Nain spoja Delovni princip Znailnosti Spojni element oz. postopek

Materialni spoj Adhezijske sile Kohezijske sile

Uporaba dodajnega

gradiva

Varjenje Lotanje

Lepljenje

Torni spoj

Torne sile med kontaktnimi povrinami

Prisotnost sil prednapetja

Elastini elementi Krni nased

Stoasti nased

Oblikovni spoj

Mehansko blokiranje

Medsebojni vprijem

Sornik, zati Moznik, zagozda

Utori, zareze

Vijak Kovica

41

Beleke:


ZVARNI SPOJI

Zvarni spoji spadajo med nerazstavljive spoje in jih uporabljamo predvsem za spajanje nosilnih strojnih delov in konstrukcij. Poglavje je namenjeno spoznavanju osnov zvarnih spojev in razlinih postopkov varjenja kovin in umetnih snovi. Prikazane so vrste zvarov in zvarnih spojev ter naini njihovega pravilnega oblikovanja. V zakljuku je naveden postopek trdnostnega prerauna talilnih zvarnih spojev v splonem in posebej tokovnih zvarnih spojev.

42

Beleke:



Zvarni spojiFakulteta za strojnitvo

Zvarni spoji

Varjenje - spajanje kovinskih ali nekovinskih delov s terminimi postopki taljenja ali mehanja na mestu spoja z ali brez dodajnegagradiva.

Zvar - obmoje v katerem je nastala spojitev z varjenjem.

Zvarni spoj - zvar in stini deli varjencev.

osnovno gradivo ali varjenec

sprememba mikrostrukture

osnovnega gradiva

koren zvara

teme zvara zvar

toplotno vplivano podroje (TVP)

pod 720C(za jeklo)

43

Beleke:




Prednosti in slabostizvarnih spojev

Prednosti: nosilnost enaka ali le malo manja od nosilnosti osnovnih gradiv, elni zvari omogoa primerneje oblikovanje zvarjenih delov, do 50 % laji in ceneji postopek izdelave konstrukcij, zaradi gladkih povrin laja naknadna obdelava proizvoda, gospodarnost pri majhnem tevilu zvarjencev in velikih kosih, izmet varjencev majhen, ker so velike monosti za popravilo.

Slabosti: spajamo lahko le gradiva, ki imajo enako ali sorodno sestavo, neenakomerno krenje in raztezanje varjencev med spajanjem

zaradi lokalnega segrevanja, kar povzroi dodatne notranje napetosti, potrebna ustrezna priprava zvarnega mesta, ustrezna razvrstitev zvarov po legi in zaporedju izvajanja, majhna sposobnost duenja vibracij in slaba odpornost proti koroziji.

44

Beleke:




Nastanek zvarnega spoja

Zvarni spoji temeljijo na kohezijskih silah v zvaru, saj po zvaritvizvarni spoj predstavlja nerazdruljivo celoto.

Postopke varjenja v osnovi delimo na: varjenje s toplotno energijo (talilno varjenje), varjenje z mehansko energijo, toplo ali hladno.

Po namenu delimo varjenje v: zvarjanje spajanje dveh ali ve delov z zvarnim spojem, navarjanje nanaanje dodajnega gradiva na osnovno gradivo.

45

Beleke:




Varjenje s toplotno energijo

Stine dele varjencev ter dodajno gradivo segrevamo na delovno temperaturo varjenja, ki je vija od talia gradiva varjencev. Pri tem pride do zlitja taline osnovnega in dodajnega gradiva, ki po strditvi tvori nerazstavljivo zvezo med spojenimi deli.

osnovno gradivo ali varjenec

sprememba mikrostrukture

osnovnega gradiva

koren zvara

teme zvara zvar

toplotno vplivano podroje (TVP)

pod 720C(za jeklo)

46

Beleke:




Naini talilnega varjenja

Plamenskovarjenje

Varjenje s svetlobnimsnopom

plamensko varjenje,

oblono varjenje,

varjenje pod lindro,

aluminotermino varjenje,

varjenje z elektronskim snopom,

varjenje z laserjem,

varjenje s plazmo,

varjenje s svetlobnim snopom. Oblonovarjenje

47

Beleke:




Naini uporovnega varjenja

soleno (a) in soleno obigalno (b) varjenje,

a varjenec b vpenjalna naprava c vir elektrine energije d zvar e rea f mula g greben

F F

F

a) b)

pred varjenjem

po varjenju

48

Beleke:





prekrivno tokovno varjenje - dvostransko (a), enostransko (b),

prekrivno bradavino varjenje - dvostransko (a), enostransko (b),

a varjenec b valjasta elektroda c vir elektrine energije d zvar

F

F

F

F

F

F a) b)

a varjenec b elektroda c vir elektrine energije d zvar

F

F

F

F

F

F

a) b) pred varjenjem po varjenju pred varjenjem po varjenju

49

Beleke:





prekrivno kolutno varjenje,

visokofrekvenno induktivno varjenje.

a varjenec b kolutna elektroda c vir elektrine energije d zvar

F

F

F

F a) b)

zvarjanje ploevin navarjanje tanke folije

50

Beleke:




Primernost varilnih postopkov

Osnovno gradivo Ogljikova jekla Legirana jekla JL T S,N,T Al in Al-zlitine Cu in Cu-zlitine Debelina varjenca 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 4 5 6 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 Plamensko varjenje 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9

gola 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 oplaena 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9

elek

troda

oplaena B 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 pod prahom 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9

MIG 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 MAG 9 9 9 9 9 9 9 9Ob

lon

o va

rjenj

e

za

itni

plin

TIG 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 Elektronski snop 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9

tokovno 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 kolutno 9 9 9 9 9 9

Upo

rovn

o va

rjenj

e

obigalno 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 Legenda: JL jeklena litina T temprana litina S siva litina N nodularna litina Al aluminij Cu baker Debelina varjenca: 1 1 mm 2 13 mm 3 36 mm 4 615 mm 5 1540 mm 6 > 40 mm 9 mono variti mono variti samo Cu-zlitine

51

Beleke:




Naini varjenja z mehansko energijo

hladno varjenje s silo,

toplo varjenje s silo,

varjenje s trenjem,

varjenje z ultrazvokom,

eksplozijsko varjenje,

difuzijsko varjenje.

52

Beleke:




Vrste talilnih zvarnih spojev

Ime spoja in opis Preni prerez Ime spoja in opis Preni prerez

Soleni spoj Deli leijo v eni ravnini

Poevni spoj Spoj dveh delov pod

kotom

Soleni spoj s privihom Spoj varjencev s

privihanimi robovi

Kotni spoj T Spoj dveh pravokotnih

delov

Prekrivni spoj Spoj delov, ki se delno prekrivajo

(tudi zaplatni spoj)

Krini spoj (dvojni T) Spoj treh delov, ki se

kriajo

Paralelni spoj Spoj dveh delov, ki se

v celoti prekrivata

Vogalni spoj Robni spoj delov pod

poljubnim kotom

Skladovni spoj Spoj dveh vzporednih

delov

Vedelni spoj Spoj veih delov, ki s

eli tvorijo leb

53

Beleke:




Splona razdelitev zvarov

a)

b)

d)c) e) f) soleni zvari kotni zvari posebni zvari

a) V-zvar b) X-zvar c) kotni zvar d) dvojni kotni zvar

e) K-zvar z dvojnim kotnim zvarom f) polovini Y-zvar s kotnim zvarom v korenu

54

Beleke:




Vrste in oblike talilnih zvarov

Ime zvara Znak Priprava Izvedba

Ime zvara Znak Priprava Izvedba

Soleni spoji Zvar s

privihom Polovini

Y-zvar

I-zvar Dvojni Y-zvar

V-zvar K-zvar Polovini

V-zvar U-zvar iroki V-zvar

Dvojni U-zvar

X-zvar J-zvar

Y-zvar Dvojni J-zvar

Kotni spoji

Kotni zvar

Dvojni kotni zvar

Vogelni zvar

Skladovni spoji Robni

ploati zvar

Robni V-zvar

55

Beleke:




Vrste in oblike mehansko varjenih zvarov

Ime Znak Priprava Izvedba Ime Znak Priprava Izvedba Soleni spoji

Grebenastizvar

mulastizvar

Gneteni zvar

Prekrivni spoji Enoredni tokovni

zvar

Bradavini

zvar

Dvoredni tokovni

zvar

Kolutni

zvar

56

Beleke:




Kakovostni razredi zvarov po SIST ISO 10721

1. razred vse vrste solenih zvarov morajo imeti korenske zvarke, kotni in krini zvari pa prevarjene prereze; uporabljeno osnovno in dodajno gradivo mora imeti atest; zvari morajo biti brez napak, izvaja se 100% kontrola (radiografska, ultrazvona); varijo lahko samo strokovno usposobljeni varilci z atestom za ta kakovostni razred.

2. razred vse vrste spojev in zvarov; gradiva so atestirana, manje napake so dopustne le v zvarih, ne sme pa biti razpok; obvezna je 50% kontrola; varijo lahko le varilci z atestom za postopke in poloaje varjenja, ki so moni na konstrukciji.

3. razred solene zvare morajo izdelati atestirani varilci; zahtevana je 10% kontrola zvarov z ultrazvokom in 100% vizualna in merska kontrola.

4. razred ni posebnih zahtev, zato se lahko uporablja le za enostavne konstrukcije.

57

Beleke:




Skupine zvarov po DIN EN 25817 za namene prerauna

skupina B zvari visoke kakovosti (1. in 2. kakovostni razred); uporabljamo jih pri visokih obremenitvah, kjer je poruitev zvara lahko ivljenjsko nevarna ali povzroi izpad glavne funkcije stroja ali naprave, pri velikih dinaminih obremenitvah (npr. vozila, delovni stroji, pree, vzvodovja itd.), oziroma pri posebnih zahtevah pri rezervoarjih in tlanih posodah v stroje- in erjavogradnji;

skupina C zvari srednje kakovosti (3. kakovostni razred); uporabljamo jih pri srednje velikih obremenitvah, kjer poruitev zvara ne povzroi izpada glavne funkcije stroja ali naprave, in pri srednje velikih dinaminih obremenitvah (npr. podpore, doloeni deli ohiij, ohija leajev itd.);

skupina D zvari nizke kakovosti (4. kakovostni razred); uporabljamo jih pri majhnih obremenitvah, kjer poruitev zvara nima bistvenih posledic, in pri statini ali majhni dinamini obremenitvi (npr. priprave, zaboji, zaite itd.).

58

Beleke:




Oblikovanje talilnih zvarnih spojev

1 2

1 2

1 2

1 2

a)

b)

c)

d)

21

21

1

1

2

2

pravilna izbira vrste in naina izdelave zvara

a) V-zvar s slabo prevarjenim korenom c) V-zvar z oienim in zavarjenim korenomb) V-zvar z dobro prevarjenim korenom d) X-zvar

izogibati se nateznim napetostim v korenu zvara pravilno nepravilno

F F max

A

Detajl A

59

Beleke:





izogibati se spremembi toka silnic v obmoju zvara

a) b)

F

F F

F

nateg

nateg

tlak

a) b) c)

a) soleni spoj b) kotni spoj

a) izboen b) ravni c) vboen

60

Beleke:





varjenci primerno oblikovani za varjenje (a)

izogibati se kopienju zvarov (b)

izogibati se prekratkim in predolgim zvarom; dolina zvara v mejah max(6a, 40 mm) lzv 150a.

pravilnonepravilno

kopienje zvarov

pravilno nepravilno

a) b)

paziti na dostopnost zvarov

61

Beleke:




Raunska debelina zvara

a) b) c) d) e)

t min

t min

tmin t

raunska debelina zvara

a) soleni zvar b) ravni kotni zvar c) izboen kotni zvar d) vboen kotni zvar e) neenakokraki kotni zvar

minmax

max

maxmaxmin

7,0

mm30zamm5mm30zamm2

mm5,0mm1

ta

tt

ta

62

Beleke:




Raunska dolina zvara

a) b)

a = t

lzv l

a

a

lzv

l

a

a

a

a) soleni zvar b) kotni zvar

prilega

Varjenje s prilego:

lzv = l

raunska nosilna dolina zvaradolina na kateri ima zvar polno debelino a

Varjenje brez prilege:

lzv = l 2a

63

Beleke:




Kritini prerezi zvara in osnovne napetosti

a) b)

1 1| |

2 | |

| |

| |

1

2

| |

2 2| |

1| |

a

a =

t

a

prikljuna ravnina zvara 2

prikljuna ravnina zvara 1 1 = 2

1 = 2 1| | = 2 | | 1| | = 2| |


normalna napetost - pravokotno na raunsko ravnino zvara, normalna napetost - vzdol zvara, strina napetost - v raunski ravnini pravokotno na dolino zvara, strina napetost - v raunski ravnini vzdol doline zvara.

64

Beleke:




Tlana, natezna in strina obremenitev zvarnega spoja

=

dop

dop

||zv

zv

zvs

s

n

AF

F = Fn normalna sila pravokotno na ravnino zvaraF = Fs strina prena sila; preni zvariF = Fs strina vzdolna sila; vzdolni zvariAzv = alzv raunski prerez zvara

a) b)

a

a

a

d

Fn Fn

l zv

Azv

Azv

+n +n

+n

a2

Fs

l zv2

Azvl zv

2

lzv1 lzv1

vzdolni zvar

preni zvar

a 1

s | |

s | | s


65

Beleke:




Upogibna obremenitev zvarnega spoja

dopzvzvzv

uu yI

M =

a) b) a = t F

l zv

Azv

Azv

+uteie zvara

L

L F

u

+u

u

y zv


upogib v kritini ravnini zvara

66

Beleke:




Upogibna obremenitev zvarnega spoja

upogib v preni ravnini zvara

a) b)

pasnica

A1 = bt

y 1

bb

s = a

t

A2= ls a

y 1

y 2

pasnica

stojina

stojina

y zv

y zv

n n

n n

t

l

u | |

| | u | |

| |

Mu Mu

Fp Fp

A1 = bt

teinica

teinica

dop|| zvp

aIHF =dop|| zvzvuu yI

M =


H = y1A1 + y2A2a = a

H = y1A1a = 2a

67

Beleke:




Vzvojna obremenitev zvarnega spoja

a a

d =

2r

T

Azv

d

t | |

t | |

dop|| zvtzv

t WT =

a

F r

Azv

teie zvarnega spoja

L

b

lzv

lzv

b

t

s t

dopzvtzv

t rIT =

t + s zv dop

vzvoj kronega zvara

vzvoj splonega zvara

dopzvzv

s AF =

68

Beleke:




Sestavljena napetostna stanja in primerjalne napetosti

skupna normalna napetost

skupna strina napetost

primerjalna napetost v zvaru (hipoteza najvejih normalnih napetosti)

primerjalna vrednost napetosti

dopzvun +=

dop2

||2

zv+=

dop22 4

21

zvpzv

++=

dop2

||2222

zvpzv ++=+=

primerjalna napetost v blinjih prerezih varjenih delov

dop22 3 += p

69

Beleke:




Dopustne napetosti v talilnih zvarih

Vrsta obremenitve

statina utripna izmenina

Gradivo varjencev Vrsta zvara Napetostno stanje zvara in oznaka dopustne napetosti

S k u p i n a S235 S355 S235 S355 S235 S355

Nateg, tlak, upogib, sest. napetost zv dop

B C D

160 130 110

220 175 155

110 85 75

130 105 90

55 45 40

65 50 45 Soleni zvar s

prevarjenim korenom

Strig zv dop B C D

100 80 70

140 110 100

70 55 50

80 65 55

35 30 25

40 32 28

Nateg, tlak, upogib, sest. napetost zv dop

B C D

140 110 100

180 145 125

95 75 65

100 80 70

45 35 32

50 40 35

Soleni zvar brez

prevarjenega korena Strig zv dop

B C D

90 70 60

110 85 75

60 50 40

70 55 50

30 25 20

35 30 25

Ploati kotni zvar Vsi primeri

zv dop zv dop

B C D

90 70 60

110 85 75

60 50 40

70 55 50

30 25 20

35 30 25

Vboen kotni zvar Vsi primeri

zv dop zv dop

B C D

120 95 85

150 120 100

75 60 50

90 70 60

40 30 25

45 35 30

Dvojni ploati* in kroni kotni

zvar Vsi primeri

zv dop zv dop

B C D

140 110 100

190 150 130

90 70 60

120 95 85

50 40 35

55 45 40

70

Beleke:




Oblikovanje tokovnih zvarnih spojev

vedno oblikujemo kot prekrivne spoje a) b) c)

F F F

F

F F F

d)

T = Fl l

a) strig b) simetrini nateg c) nesimetrini nateg d) vzvoj

priporoljiva samo strina obremenitev tokovnih zvarov

pravilno pravilno

nepravilno! natezna

obremenitev

nepravilno!nesimetrina

natezna obremenitev

71

Beleke:




Oblikovanje tokovnih zvarnih spojev

paziti na dostopnost orodij za tokovno varjenje

F

v e d

v smeri obremenitve zaporedno namestiti najmanj 2 in najve 5 varilnih tok

izogibati se enovrstnim prekrivnim preno obremenjenim zvarnim spojem

a) b) c) F F F F

Ft

F F Fn

a) enovrstni enostranski b) dvovrstni enostranski c) dvovrstni dvostranski z zaplato

72

Beleke:




Izbira premera in razporeditve varilnih tok

izkustvena priporoila za izbiro premera varilne tokekonstrukcijska jekla

legirana jekla d = (3,54,5)tminaluminij d = (1011)tmin

min5 td =

v e

d

v e e

v e

d d

b

a

b

enovrstni tokovni zvar dvovrstni tokovni zvar dvovrstni izmenini tokovni zvar

tmin d e v a b tmin d e v a b 0,5

1 1,5 2

3 4 5 6

1020 1225 1530 1836

612 816

1020 1224

812 1015 1218 1522

6 7,5 8 9

3 4 5 6

8 10 12 14

2550 3060 3671 4585

1632 2040 2448 2856

2030 2538 3045 3653

11 13 15 18

Oznake: tmin najtanja debelina ploevine d premer varilne toke e razdalja med varilnimi tokami v razdalja od roba ploevine v smeri varilnih tok a razdalja med dvema vrstama varilnih tok b razdalja od roba ploevine normalno na smer varilnih tok

priporoila za razporeditev tokovnih zvarov

73

Beleke:




Trdnostni preraun tokovnih zvarnih spojev

verjetna

poruitvena linija spoja

F

F

strina obremenitev zvarne toke

dopzvzv

zv AmnF =

natezna obremenitev zvarne toke

dopmin

ss tdnF =

74

Beleke:




Kontrola ustreznosti debeline varjencev

a) b) c)

F

F F

F F

F

d

d

d

d

t t

m = 1

m = 2

p

p

a) eno in dvostranski tokovni zvar b) ekvivalentni spoj z zatiem c) strine ravnine spoja

kontrola povrinskega tlaka

dopmin

ptdn

Fp =

dimenzioniranje na poruitveno silo varjencev

mmzvmzvzvm FRSAmnF ==

75

Beleke:




Dopustne napetosti tokovnih zvarov jeklenih varjencev

Dopustne napetosti tokovnih zvarov v [N/mm2] Natezna trdnost jeklenih varjencev Rm v [N/mm2] Vrsta dopustne

napetosti Vrsta

obremenitve 250 300 350 400 450 500 550 600

zv dop statina utripna

izmenina

60 40 20

75 50 25

90 55 30

100 65 35

110 70 35

125 80 40

135 90 45

150 95 50

pdop ena

strina ravnina

statina utripna

izmenina

165 110 55

200 130 65

235 150 75

265 175 90

300 195 100

335 215 110

365 240 120

400 260 130

pdop dve

strini ravnini

statina utripna

izmenina

275 180 90

335 215 110

390 250 125

445 285 145

500 320 160

555 355 180

610 390 195

665 425 215

s dop statina utripna, izmenina 75 50

90 60

105 70

120 80

135 90

150 100

165 110

180 120

Oznake: zv dop dopustna strina napetost tokovnega zvara pdop dopustni povrinski tlak gradiva varjenca s dop dopustna strina napetost gradiva varjenca

76

Beleke:




Primeri praktinih zvarnih spojev

vilice vezna cev

zvar

r t =

a

R

D =

50

77


Beleke:

LOTNI SPOJI

Lotni spoji spadajo med nerazstavljive spoje in jih uporabljamo predvsem za spajanje, tesnenje in zaito ploevin in tankostenih kovinskih elementov. Poglavje je namenjeno spoznavanju osnov lotnih spojev in njihovega pomena ter uporabnosti v sploni strojegradnji. Pojasnjeni so razlini postopki lotanja kovin, navedene so vrste lotov ter pravila pravilnega oblikovanja lotnih spojev. V zakljuku je naveden postopek splonega trdnostnega prerauna lotnihspojev.

78


Beleke:


Lotni spojiFakulteta za strojnitvo

Lotni spoji

Lotanje - termini postopek spajanja kovinskih delov z dodajanjem raztaljene vezne kovine ali zlitine, ki jo imenujemo lot.

Lot - ima nijo talilno temperaturo kot osnovno gradivo spajanih delov.

Lotni spoj - lot in stini deli lotancev.

Delovna temperatura lotanja - najnija mona temperatura lotanih povrin, pri kateri se lot vee z osnovnim gradivom.

smer teenja lota

osnovno gradivo

lot difuzijsko obmoje lota

difuzijsko obmoje osnovnega gradiva

79


Beleke:



Prednosti in slabostilotnih spojev

Prednosti: medsebojno lahko lotamo skoraj vse tehnino uporabne kovine,

teje le aluminijeve zlitine, zaradi nijih delovnih temperatur lotanja so deformacije in

spremembe mikrostrukture spajanih delov manje kot pri varjenju, lotni spoji zelo dobro tesnijo.

Slabosti: nosilnost mnogo manja od nosilnosti zvarnih spojev, obratovalna temperatura mora biti obutno nija, kot je talilna

temperatura lota, pri vejih spojnih povrinah so lotni spoji predragi, agresivni mediji in obstoj elektrokeminih napetosti vodijo do

kemine reakcije in do postopnega elektrolitskega razgrajevanja (korozije) lotnih spojev.

80


Beleke:



Nastanek lotnega spoja

Dodatna talila (praki, paste itd.) pospeijo difuzijo atomov med lotanjem in izboljajo vezne lastnosti lotnega spoja.

Zaitni plini prepreijo oziroma zmanjamo monost oksidacije spajanih povrin med procesom segrevanja na delovno temperaturo lotanja.

smer teenja lota

osnovno gradivo

lot difuzijsko obmoje lota

difuzijsko obmoje osnovnega gradiva

Pri delovni temperaturi lotanja pride do pospeene izmenjave atomov in s tem difuzije (legiranja) na mejnih povrinah lota in osnovnega gradiva. Spoj med lotom in osnovnim gradivom nastane zaradi povezav na atomskih ravneh po ohladitvi lota v trdno stanje.

81


Beleke:



Vrste lotov

Mehki loti - talie lota pod 450C; za tesnenje spajanih delov ter za manje obremenitve in nije obratovalne temperature (do 60C); loti iz zlitine kositra (Sn), antimona (An) in svinca (Pb); talila so cinkov klorid (ZnCl2 s prosto solno kislino HCl), salmiak (NH4Cl) in kolofonija.

Trdi loti - talie lota nad 450C; za veje obremenitve in vije obratovalne temperature; bakrovi loti iz zlitine bakra (Cu), kositra (Sn), cinka (Zn) ter fosforja (P) ter srebrovi loti iz zlitine srebra (Ag), kadmija (Cd) in kositra (Sn) z dodatki niklja (Ni); talila temeljijo na borovih spojinah (npr. boraks Na2B4O710H2O) z dodatki fluoridov, fosfatov, silikatov itd.

Visokotemperaturni loti - talie lota nad 900C; za velike obremenitve in visoke obratovalne temperature; loti na osnovi niklja (Ni), titana (Ti), cirkonija (Zr) in kobalta (Co); lotamo brez talil v vakuumu ali zaitni plinski atmosferi.

82


Beleke:



Naini lotanja

lotanje z lotalnikom,

plamensko lotanje,

oblono varjenje,

lotanje s potapljanjem,

lotanje v pei,

uporovno lotanje,

induktivno lotanje,

lotanje z elektronskim snopom,

lotanje z laserjem,

lotanje s svetlobnim snopom.

a) b)

Oblono lotanje

Plamensko lotanjea) tanke ree b) lotnega leba

83


Beleke:



Oblike lotanega mesta

Glede na obliko lotanega mesta loimo: Lotanje tankih re - zranost med lotanimi povrinami ne presega

h = 0,25 mm; lot zapolni praznino zaradi kapilarnega uinka,

Lotanje vejih re in lotnih lebov (varilno lotanje) - zranost med povrinami h > 0,5 mm ali spojno mesto oblikovano kot pri zvarnih spojih (soleni lotni spoj v obliki V ali X, kotni spoj itd.).

84


Beleke:



Smernice za izbiro velikosti lotne ree

Vrsta lota Velikost lotne ree h [mm] Lotano gradivo

Mehki loti 0,20 0,10

0,100,20

Lahke kovine Jeklo

Teke kovine

Bakrovi loti L-Cu 0,050,10 0,250,40 Jeklo / jeklo

Jeklo / Teke kovine

Medni loti L-CuZn 0,100,25 0,100,40 Jeklo

Teke kovine

Lahkokovinski loti 0,100,15 Lahke kovine

Srebrovi loti L-Ag 0,150,65 0,050,20 0,050,25

Lahke kovine Jeklo

Teke kovine

85


Beleke:



Oblikovanje lotnih spojev

oblikovati tako, da prenaajo le strine in/ali tlane obremenitve,

izogibati se solenih lotnih spojev,

oblikovati tako, da doseemo im ugodnejo in enakomerno porazdelitev napetosti po lotu,

velikost ree h im manja in enakomerna vzdol celotne lotne povrine,

zagotoviti nemoten izhod zraka in tekoih snovi iz lotnih re.

pravilno

nepravilno

86


Beleke:



Oblikovanje lotnih spojev ploevin

lotne spoje ploevin obiajno oblikujemo kot prekrivne spoje (a, b, c) ali spoje z zaplato (d, e, f )

Al Al Al S S S

a) b) c)

d ) e) f )

g)

F F F F F

F F F F

F

F F

t min

l

l

l dolina prekrivanja tmin najmanja debelina ploevine

Al nosilna povrina lota S preni prerez ploevine

Priporoljiva dolina prekrivanja ploevin l = (34)tmin

87


Beleke:



Lotanje valjastih elementov

a) b) c)

d) e) f)

neugodno najugodneje ugodneje

a) b)

spoj s trikanalnim lotom spoj z olebljeno gredjo

a) elni spoj b) obodni spoj c) spoj teajad), e) in f) potek napetostnih silnic pri razlino oblikovanih pestih

88


Beleke:



Lotanje cevi in rezervoarjev

lotanje cevia) b) c)

stoasti soleni spoj spoj z zaplato prekrivni spoj

lotanje rezervoarjev

Da

t e

pe

Priporoljiva dolina prekrivanja ploevinnajmanj 10te za te < 6 mm in Dape 2500 mmbar

89


Beleke:



Trdnostni preraun lotnih spojev

strina obremenitev lotnega spoja

natezna obremenitev lotnega spoja

dopll

l AF =

dopdop )2...5,1( lll

l AF =

F

F F

F

l

b

b

t min

t min

Al = bl

Al = btmin

prekrivni spoj

soleni spoj

mmlmllm FRSAF ==

Pogoj enake nosilnosti spoja in ploevin:

S = btmin

90


Beleke:



Poruitvene trdnosti in dopustne napetosti lotov

Dopustna strina napetost lota l dop [N/mm2]

Vrsta obremenitve Vrsta lota

Strina poruitvena trdnost lota

lm [N/mm2]

Natezna poruitvena trdnost lota

lm [N/mm2] Statina Utripna Izmenina

Mehki loti L-Pb, L-Sn 1520 2030 23 Bakrovi loti L-Cu 150220 200300 5070 3040 Medni loti L-CuZn 250300 250300 8090 5565 Srebrovi loti L-Ag 150280 300400 5070 3040 Novosrebrni loti L-CuNi 250320 340380 8090 5565

1525

Loti za aluminij L-AlSi Nikljevi loti L-Ni 0,60,8Rm 0,35lm 0,18lm 0,1lm Rm [N/mm2] natezna trdnost gradiva spajanih delov

Opomba: Manje vrednosti veljajo za debeline lotov h 0,1 mm, veje pa za h 0,25 mm. Za vmesne debeline lotov nosilnost ocenimo.

91

Beleke:


Nerazstavljivi zlepni spoji se najpogosteje uporabljajo za spajanje tankih delov in delov iz razlinih gradiv, ki jih ni mogoe spajati z ostalimi postopki. Poglavje zlepni spoji je tako namenjeno spoznavanju osnov zlepnih spojev in njihove uporabnosti v sploni strojegradnji. Podan je kratek pregled lastnosti lepil, ki se uporabljajo za spajanje inenirskih gradiv. Opisana so pravila oblikovanja ter postopek splonega trdnostnega prerauna zlepnih spojev.

ZLEPNI SPOJI

92

Beleke:



Zlepni spojiFakulteta za strojnitvo

Zlepni spoji

Lepljenje - spajanje dveh ali ve delov iz enakih ali razlinih gradiv (kovin in nekovin) z uporabo adhezivnega sredstva lepila.

Lepilo - snov, izdelana na osnovi naravnih smol ali umetnih snovi, ki ima zelo velike adhezivne in primerno velike kohezivne sile.

Zlepni spoj - lepilo in stini deli lepljencev.

lepljen del 1

0,

025 m

kohezijske vezi adhezijske vezi

neistoa

lepljen del 2

93

Beleke:




Prednosti in slabostizlepnih spojev

Prednosti: medsebojno lahko spajamo razlina gradiva, monost spajanja tankih ploevin in delov razlinih debelin, ne pride do deformacij in sprememb v sestavi lepljenih delov, enakomerneja porazdelitev napetosti po celotnem zlepnem spoju, lepilo je izolator vibracij, toplote in elektrinega toka in prepreuje

oziroma mono zmanja nevarnost elektrokemine korozije, zlepni spoji zelo dobro tesnijo.

Slabosti: obratovalna temperatura zlepnih spojev je omejena (50+200C), majhna odpornost proti nesimetrinim nateznim obremenitvam, nevarnost krhkega loma spoja pri nijih obratovalnih temperaturah, zahtevna priprava lepljenih povrin (mehansko in kemino ienje) relativno dolg strjevalni as toplih lepil.

94

Beleke:




Nastanek zlepnega spoja

Kohezijske vezi - medsebojne privlane sile in medsebojno prepletanjepolimernih molekul v lepilu; lastnost lepila.Adhezijske vezi - odvisne od fizikalno-keminih medatomskihprivlanih sil lepila in lepljenih delov in stanja povrin; odloujoe vplivajo na kvaliteto zlepnega spoja.Majhna specifina povrinska energija lepila - zagotovimo sposobnost prodiranja lepila v povrinske neravnine (hrapavost 0,025 m) .

Zlepni spoj nastane zaradi delovanja adhezijskih vezi med lepilom in lepljenciter kohezijskih vezi v lepilu.

Kohezijske vezi manje od adhezijskih, zato im tanji sloj lepila.

lepljen del 1

0,

025 m

neistoa

lepljen del 2

95

Beleke:




Vrste lepil

Glede na nain doseganja vezalnih sposobnosti loimo:

Fizikalno vezalna lepila - raztopine naravnih ali sintetinih makromolekularnih gradiv (kavuk, nitroceluloza, umetne smole) v organskih topilih (veinoma ogljikovodiki); izhlapevanje topila in strjevanje lepila po principu vefaznega gradiva; termoplastina in pogosto temperaturno neobstojna; primerna za porozna grediva.

Kemino vezalna lepila - iz umetnih smol na bazi fenola, epoksida, poliestra ali akrila; v tekoem do testastem stanju ali v obliki folij; osnovna lepila (A) doseejo vezalne sposobnosti preko vsebovanega ali dodanega (dvokomponentna lepila) trdilnega katalizatorja (B), ki sproi ustrezno kemino reakcijo tvorjenja in vezanja makromolekul (prepletanje polimerov) v lepilu pri poviani temperaturi, prisotnosti vlage, ultravijolinih (UV) arkov ali odvzemu kisika (anaerobna lepila); topla (enokomponentna) in hladna (dvokomponentna) lepila; primerna za spajanje kovin, stekla, keramike in umetnih snovi.

96

Beleke:




Vrste lepil

Glede na nosilnost loimo:

Lepila z nizko nosilnostjo (strina trdnost zm < 5 N/mm2) - spojene dele brez teav in pokodb razstavimo; uporaba: finomehanika, elektrotehnika, modelna gradnja, kozmetina industrija, pohitvena industrija, itd.

Lepila s srednjo nosilnostjo (strina trdnost 5 zm 10 N/mm2) -spojenih delov praviloma ne moremo razstaviti brez pokodovanja zlepnih povrin; uporaba: strojegradnja in gradnja vozil;

Lepila z visoko nosilnostjo (strina trdnost zm > 10 N/mm2) - lepilo se po fazi trdenja spremeni v trdno snov, ki tvori nerazstavljivi spoj; uporaba: gradnja vozil, plovil in rezervoarjev, letalska tehnika.

97

Beleke:




Oblikovanje zlepnih spojev

oblikovati kot prekrivne spoje,

oblikovati tako, da prenaajo le strine in/ali tlane obremenitve,

pri nateznih obremenitvah potrebne veje zlepne povrine,

po monosti del obremenitve prenaamo z ujemom delov,

F

F

F

nepravilno

pravilno

F F

FF/2

F/2

F

F lz

t min

Az

S, Re

ugodneje

Priporoilo: lz 0,1Retmin lz = (10..20)tmin

98

Beleke:




Porazdelitev napetosti v lepilnem sloju pri razlinih obremenitvah

99

Beleke:




Oblikovanje zlepnih spojev

oblikovati tako, da doseemo im ugodnejo in enakomerno porazdelitev napetosti po spoju,

F F

FF

FF

z +z m

ax

z m

ax

z max

z z z

max

z nom

a) c)

d)b)

a) neobremenjen spoj b) normalne napetosti v spoju delov z majhno upogibno togostjo c) strine napetosti v spoju delov z veliko upogibno togostjo in d) v spoju s prirezanimi deli

100

Beleke:




Uporabnost zlepnih spojev

navadni naini tesnenja tesnenje z lepilnim slojem

istoasno tesnenje,

spajanje vejih povrin.

pred lepljenjem po lepljenju in upogibanju robov

101

Beleke:




F

F

F

F

b b lz

t

b T

d

Trdnostni preraun zlepnih spojev

strina obremenitev zlepnega spoja

natezna obremenitev zlepnega spoja

prekrivni spojsoleni spojPogoj enake nosilnosti spoja in ploevin:

S = btmin

dopzz

z AF =

mmzmzzm FRSAF ==obodni prekrivni spoj

dopdop zzz

z AF =

= zmz dop

= 1,55

102

Beleke:




Odvisnost poruitvene trdnosti zlepnega spoja od temperature

topla lepila hladna lepila

Temperatura T [C]

Stri

na

poru

itv

ena

trdno

st zm

[N/m

m2 ]

1 epoxid 2 epoxid/nylon 3 epoxid/phenol 4 phenol/polivinilformal5 poliamid 6 epoxid/poliaminoamid 7 epoxid/poliaminioamid 8 methakrilat

103

Beleke:




Odvisnost poruitvene trdnosti od asa in okolikega medija

1

2

3

45

1 naravno staranje 2 pospeeno staranje 3 destilirana voda 4 morska voda 5 vodovodna voda

t [tedni]

zm

[N/m

m2 ]

Lepilo: SICOMET-Standard; lepljeno gradivo: AlCuMg2,100x25x1,5, razmaeno in jedkano, prekrivni spoj debeline 10 mm

104

Beleke:




Praktini primeri zlepnih spojev

105

Beleke:


Kovini spoji so nerazstavljive zveze dveh ali ve strojnih delov, ki se ponovno uveljavljajo kot pomemben nain spajanja razlinih inenirskih gradiv. V tem poglavju je opisan nastanek kovinega spoja, navedene so vrste kovic, podana so navodila za pravilno oblikovanje kovinih spojev ter osnove trdnostnega prerauna.

KOVINI SPOJI

106

Beleke:



Kovini spojiFakulteta za strojnitvo

Kovini spoji

Kovienje - spajanje dveh ali ve delov iz enakih ali razlinih gradiv (kovin in nekovin) z uporabo deformabilnega elementa kovice.

Kovica - vezni element iz jekla, bakra, medenine ali aluminija, ki se pri kovienju deformira in s svojo obliko vee spajane dele.

Kovini spoj - kovica in stini deli spajanih strojnih delov.

107

Beleke:




Prednosti in slabostikovinih spojev

Prednosti: koviimo lahko dele iz razlinih gradiv, ni temperaturnih vplivov na strukturo gradiva kovienih delov, ni temperaturnih deformacij, spoj prenaa del obremenitve tudi s tornimi silami med stinimi

povrinami kovienih delov.

Slabosti: zahtevneja priprava kovienja zaradi potrebnega vrtanja skoznjih

lukenj ma mestih kovienja, oslabljeni prerezi kovienih delov zaradi lukenj za kovice, neravne zgornje povrine zaradi prekrivanja kovienih delov in

trleih glav kovic (razen pri posebnih izvedbah), veja tea in s tem tudi cena konstrukcije.

108

Beleke:




Nastanek kovinega spoja

Kovini spoj nastane zaradi enostranskega ali dvostranskega trajnega deformiranja valjaste kovice, vstavljene v skoznjo izvrtino nekaj vejega premera kot je premer kovice.Deformirana kovica s svojo obliko trajno vee spajane dele in prenaa delujoe obremenitve.

90

dL / 2

0

dL

t

d

l

l

D

priprava luknje parametri kovienja nastanek kovinega spoja

109

Beleke:




Vrste kovienja

Vroe kovienje - za jeklene kovice premera d 10 mm pri nosilnih jeklenih konstrukcijah; kovice segrejemo na priblino 1000C, vstavimo v skoznje luknje na mestu spoja in jih zakoviimo; pri ohlajevanju se kovice krijo in mono stisnejo koviene dele; zaradi te prednapetosti so kovice vedno obremenjene na nateg.Hladno kovienje - za jeklene kovice premera d < 10 mm in vse kovice iz neeleznih kovin (baker, medenina, aluminij); pri kovienju se kovica v luknji trajno deformira in popolnoma zapolni luknjo v kovienih delih;pri obremenitvi se hladno zakovana kovica obnaa kot zati.

110

Beleke:




Vrste kovic

Glede na obliko kovic loimo:

Polne kovice - s polkroglo ali vgrezno glavo; za nosilne spoje kovinskih delov; koviimo s posebno hidravlino ali pnevmatsko pripravo za kovienje z enakomernim tlakom ali z udarci s pnevmatskim kladivom.

Polvotle in votle kovice - za kovienje zelo tankih ploevin ter elastinih in krhkih elementov (guma, usnje, keramika, itd.); majhne sile kovienja.

l

d D

l

d

l

dD l

d D

l

d D 120

l

d

111

Beleke:




Posebne izvedbe kovic

Slepe kovice - za enostransko kovienje s pomojo trna na teko dostopnih mestih in pri kovienju votlih profilov.

kovica trn

kovicazati

Eksplozijske kovice - imajo v steblu posebni eksplozivni naboj, ki pri segretju kovice eksplodira in pri tem sprosti dovolj energije, da se steblo kovice raziri in oblikuje kovini spoj .

eksplozivninaboj

pred segrevanjem po segrevanju in eksploziji naboja

112

Beleke:




Oblikovanje kovinih spojev

izvedeni kot prekrivni ali zaplatni spoji.

b) c) a)

FF

F F

F F

e2

e1

e1

e3

e1

e3

e2

e1

e3

e2

e1

prenos sile

F F

zaplata

F F

zaplata

prenos sile zaplata

enovrstni dvovrstni vzporedni dvovrstni izmenini

enostranska zaplata dvostranska zaplata

113

Beleke:




Porazdelitev obremenitve na kovice v kovinem spoju

FF T0 F F

T0

a

enakomerna obremenitev kovic

neenakomerna obremenitev kovic

114

Beleke:




Trdnostni preraun kovinih spojev

strino obremenjeni kovini spoji

m = 1 m = 2 F F A

d

strina ploskev

dopss AnmF =

F

F

d

t 2

t 1

p2

p1

F / 2

F

d

t 2

t 1

p2

p1

t 2

p2

F / 2

dopmin

ptdn

Fp =

strina napetost:

boni tlak:

115

Beleke:




Trdnostni preraun kovinih spojev

natezno obremenjeni kovini spoji

F

d

F/n

natezna napetost: dopnn AnF =

116

Beleke:




Trdnostni preraun kovienih delov

F/4

F/4

F

F

III I

II

III I

II

I

III

II

III

II

I

doloitev kritinega prereza kovienih delov,

117

Beleke:




Trdnostni preraun kovienih delov

F F

An A

dL

t

natezna obremenitev tlana obremenitev

dopnn

n AF = doptt A

F =

An = A (dLt)

kontrola napetosti:

118

Beleke:




Dopustne napetosti kovic in kovienih delov

Kovice

Obremenitev kovice Strig

sdop [N/mm2] Povrinski tlak pdop [N/mm2]

Nateg ndop [N/mm2]

SIST EN C11G1 C14G2 C11G1 C14G2 C11G1 C14G2 Gradivo kovic (jeklo) DIN USt 36 RSt 38 USt 36 RSt 38 USt 36 RSt 38

statina 140 180 280 360 70 90

utripna 100 140 200 280 50 70 Vrsta

obremenitve izmenina 85 110 170 220 40 55

Kovieni deli Gradivo kovienih delov Konstrukcijska jekla Jeklena litina Siva litina

SIST EN S235 S275 E295 E335 Vrsta obremenitve DIN St37 St44 St50 St60 GS-45 GS-52 GG-20 GG-30

statina 140 160 180 220 155 180 65 100 utripna 100 120 140 170 100 120 40 75 Nateg n dop [N/mm2] izmenina 85 95 110 130 75 90 35 50 statina 165 250 utripna 100 190 Tlak t dop [N/mm2] izmenina

Enake vrednosti kot za nateg 90 125

statina 280 320 360 410 310 350 130 200 utripna 200 240 280 340 230 270 85 130

Povrinski tlak p dop [N/mm2]

izmenina 170 190 220 260 180 210 65 100

119


Beleke:

Vijane zveze spadajo med razstavljive spoje strojnih delov in jih spajanja strojnih delov uporabljamo tudi za tesnenje, napenjanje, merjenje in prenos gibanja. V poglavju so podane osnove vijanih zvez ter pregled oblik in gradiv vijakov, matic in podlok. Podrobneje so obravnavane nosilne vijane zveze, kjer je posebna pozornost namenjena prednapetim vijanim zvezam. Navedena so pravila oblikovanja vijanih zvez ter postopek trdnostnega prerauna nosilnih vijanih zvez. V zakljuku poglavja so opisane osnove gibalnih navojnih zvez.

VIJANE ZVEZE

120


Beleke:


Vijane zvezeFakulteta za strojnitvo

Vijane zveze

Vijana zveza - razstavljivi spoj dveh ali ve delov iz enakih ali razlinih gradiv z uporabo posebnih strojnih delov s sovpadajoim navojem vijak in matica.

Vijak - strojni del iz kovinskega ali nekovinskega gradiva z zunanjim navojem, obiajno samostojen strojni del.

Matica - strojni del iz kovinskega ali nekovinskega gradiva z notranjim navojem, samostojen strojni del ali del spajanega strojnega dela.

d Dl

k6/H

7

d

lu

Dl

lu

121


Beleke:



Vrste vijanih zvez

z Nosilne vijane zveze - najpogosteje, uporabljamo jih za pritrdilne, razstavljive zveze raznih strojnih delov, izpostavljenih razlinim obremenitvam; izvedene z ali brez prednapetja.

z Prilagodne vijane zveze - pritrdilne, razstavljive zveze raznih strojnih delov s prilagodnimi vijaki, ki dobro prenaajo strine obremenitve in istoasno centrirajo spajane dele; izvedene z ali brez prednapetja.

z Gibalne navojne zveze - namenjene za prenos in spreminjanje kronega gibanja v premortno in obratno; dosegamo velike osne sile pri majhnih obodnih silah.

z Tesnilne vijane zveze - namenjene za zapiranje vstopnih in izstopnih odprtin s posebej oblikovanimi vijaki.

z Nastavne vijane zveze - za nastavljanje raznih naprav in pri regulaciji ventilov.

z Merilne vijane zveze - za merjenje dolin pri mehanskih merilih.

122


Beleke:



Prednosti in slabostivijanih zvez

Prednosti: medsebojno lahko spajamo vsa gradiva, vijane zveze lahko poljubno razstavljamo in ponovno sestavljamo, nizki nabavni stroki in enostavna zamenljivost vijakov in matic, nosilnost sorazmerna velikosti in kvaliteti uporabljenega vijaka in

matice, vijane zveze zelo dobro prenaajo dinamine obremenitve.

Slabosti: oslabitev prerezov spajanih delov in velik zarezni uinek zaradi

skoznje luknje ali izvrtine z navojem, visoke koncentracije napetosti na mestih naleganja glave vijaka ali

matice na povrino spajanih delov ter v ujemu navojev, stalno napetostno stanje v okolici vijane zveze pri prednapetih

vijanih zvezah.

123


Beleke:



Vijak in vijanica

d2 d2

P P

desna

vijanicaleva

vijanica

2tan

dP=

60

60

55 30

30

30

3

kvadratni normalni drobni cevni trapezni agasti obli navoj metrski navoj navoj navoj navoj navoj

124


Beleke:



Metrski navoj s trikotnim profilom ISO

matica

vijak

P korak navoja

PHR

Ph

PHH

PH

===

====

0,144346

0,61343

0,5412785

0,8660323

3

1

d = D d2 = D2 = d 3/4H d3 = d 2h3 D1 = D 2H1

d, d2, d3 premeri zunanjega navoja (vijaka) D, D1, D2 premeri notranjega navoja (matice)

Normalni metrski navoji - splona strojegradnja, predvsem pritrdilni vijaki in matice.

Drobni metrski navoji - manja oslabitev elementov vijanih zvez, velika varnost proti odvitju, majhni in toni pomiki vijaka ali matice v osni smeri itd.

profil SIST ISO 261, mere SIST ISO 724

125


Beleke:



Kvaliteta izdelave navojev

d3

d2 = D2 d = D

P

m

A - fina kvaliteta

B - srednja kvaliteta

C - groba kvaliteta

Vijake in matica izdelujemo s postopki valjanja (veji premeri), vleenja, stiskanja in odrezavanja (manji premeri). Posamezne dele vijakov in matic naknadno brusimo, da doseemo razline kvalitete izdelave.

Jeklene vijake in matice navadno zaitimo proti koroziji s fosfatiranjem ali galvanskim pocinkanjem (Zn6) in kadmiranjem (Cd6).

126


Beleke:



Vijak

b

d

h

ls hk l

glava steblo navoj konina

prirobek

l h lp m

2P

b s

e d s

Dl

l h

LP

lu 3P

e1

d z

s1 SIST ISO 4014

SIST ISO 4032

SIST ISO 4017

DIN 125

d imenski premer navoja h viina glave vijaka l dolina stebla vijaka ls dolina stebla brez navoja b dolina navoja hk viina konine

127


Beleke:



Matica

e

m

D obro

iz poliamida

m m h h

estroba matica kronska matica samovarovalna matica

D imenski premer navoja matice m nosilna viina navoja maticee najveja irina matice h viina matice

razcepka

128


Beleke:



Podloka

Vrsta podlok Konstrukcijske oblike in standardi okrogla ploata

ISO 7089 - A

SIST ISO 7090 - B SIST ISO 7090 - C

DIN 125, 126, 433, 440, 1440, 1441, 6902, 6903, 7349, 9021

okrogla s posnetjem

DIN 125, 6916

tiriroba ploata

DIN 436

Navadne podloke okrogla s kvadratno

luknjo

DIN 440

U-podloka za profile z 8% nagibom

DIN 434, 6918

I-podloka za profile s 14% nagibom

DIN 435, 6917

primer uporabe

Vzmetni obroi

vboen (oblika A)

DIN 128

valovit (oblika B)

DIN 128, 6905

vboena (oblika A)

DIN 137

valovita (oblika B)

DIN 137, 6904

vzmetni obro

DIN 6796, 6908

zobata (oblika A)

DIN 6797, 6906

Vzmetne podloke zoba

Slikovno Gradivo Za Predmet SE I

Documents