Соединения: назначение, виды соединений. Примеры, достоинства, недостатки видов соединений

Классификация

Различные виды соединений можно поделить на две основные группы. Первая из которых по принципу действия:

Подвижные. Детали могут производить движение относительно друг друга.
Неподвижные. Обе части детали жестко закреплены между собой.

В свою очередь, каждый вид предыдущей классификации может осуществляться двумя способами соединения:

Разъемное. Применяется, когда требуется периодическая замена деталей, сборка и разборка механизма в целом. Это следующие виды соединений: резьбовое (при помощи ходовых болтов), зубчатое, шпоночное и пр.
Неразъемное. Такие соединения можно демонтировать только с помощью механического воздействия, при котором происходит разрушение сопряженных частей. Какие это виды соединений? Среди них — сварка, склейка, клепание, развальцовка, опрессовка, посадка с натягом, сшивание, кернение и т. д.

Итак, давайте рассмотрим подробнее основные виды соединений деталей.

Разъемные и неразъемные соединения

Разъемные соединения древесных элементов позволяют неоднократно разобрать конструкцию и осуществлять последующую ее сборку не нарушая целостность деталей. Для разъемной сборки двух деталей используют вариант с резьбой.

Виды резьбовых соединений:

Болтовое – осуществляется посредством гайки, шайбы и болта;
Шпилечное – стыковка деталей путем ввинчивания винта в одну из досок;
Винтовое – стыковка деталей винтами;
Комбинированные – способы соединения элементов конструкции несколькими видами.

К неразъемным видам соединений, использующимся в деревообработке, относятся:

скрепление деталей посредством клея. Благодаря этим соединениям формируются довольно долговечные строения всевозможных объемов и форм;
шиповые мебельные соединения. К главным составляющим шиповых соединений относятся – шпунт, гребень, гнездо, проушина, шип;
неразъемные соединения на ус. Данный вид соединений нашел применение в конструкциях, требующих вуалирования торцов соединяемых компонентов. В сравнении с прямой стыковкой, угловые соединения менее прочные;
неразъемный вид соединения — фолдинг. Способ востребован в конструировании ящичных либо корпусных строений. Методика состоит в формировании куба из плоского щита с клинообразными пазами, расположенными в диаметральном направлении. С внешней стороны, под пазами, приклеивается целлофан. Перед тем как сложить готовый короб фальцы смазываются клеем. В процессе сборки конструкции целлофан обеспечивает надежность и эластичность поверхности сгиба;
Быстровыполнимое неразъемное соединение звеньев гвоздями и крепежными скобами. Гвозди относятся к стандартным металлоизделиям. Стойкость подобного соединения обусловлена сопротивлением выдергиванию. Коэффициент непосредственно зависит от размеров, формы сечения гвоздя и материала соединенных элементов. Чем толще гвоздь, тем больше сопротивление к выдергиванию.

Резьбовой метод

Старый и давно испытанный вариант крепления. Для него используются следующие элементы: болты, винты, шпильки, винтовые стяжки и прочие. Крепление осуществляется за счет резьбы на крепеже и в отверстии детали.

Спиральные выступы на стержне и в технологическом отверстии деталей называют резьбой. Рассмотрим основные крепежные изделия:

Болт представляет собой резьбовой стержень, на одном конце которого находится крепежная головка. Ее форма бывает шестигранной, квадратной, круглой и т. д.
Винт отличается от предыдущего изделия тем, что на головке располагается прорезь (шлиц) под отвертку. Он бывает шестигранным, прямым, крестовым и т. д. По типу головки изделия бывают потайными, цилиндрическими, полукруглыми, полупотайными.
Шпилька – стержень с резьбой на обоих концах. В отличие от предыдущих вариантов не имеет головки.
Установочная шпилька на одном конце имеет шлиц.
Гайка – призма со сквозным отверстием или заглушенным с одной стороны.

К этим метизам выпускаются шайбы: плоская, пружинная, деформируемая. Такая фиксация применяется повсеместно.

Разновидности крепежных изделий для соединения металла

Для соединения изделий друг с другом используется металлический крепеж, представленный на рынке в широком ассортименте. Крепежные элементы имеют разные размеры, форму и назначение. Чаще всего детали соединяют винтами, болтами, гайками, саморезами, шурупами, анкерами, заклепками, шпильками, шайбами и т. п.

1. Болт.

Одним из способов соединения металлических изделий является посредством болтов – стержней с наружной резьбой и четырех- или шестигранной головкой. Для соединения требуется гайка или отверстие с внутренней резьбой. Болт внешне напоминает винт, оба крепежных элемента широко применяются в машиностроении, строительстве и пр.

Различаются они по способу работы:

болт проходит через соединяемые элементы насквозь, фиксируется гайкой или гаечным ключом;
винт вкручивается в деталь с резьбой с помощью отвертки или торцевого ключа.

В отличие от второго, первый не прокручивается внутрь соединяемых элементов.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Марки сталей: классификация и расшифровка
Марки алюминия и области их применения
Дефекты металлический изделий: причины и методика поиска

2. Саморезы.

Для соединения деревянных деталей часто используются саморезы:

крепежными элементами с мелкой резьбой соединяют металлические заготовки небольшой толщины с деревянными или пластмассовыми деталями;
саморезы с крупной резьбой предназначены для фиксации деревянных деталей.

Острый наконечник, выполненный в форме сверла, самостоятельно проделывает отверстия в соединяемых заготовках.

3. Гайка.

Еще одним способом соединения деталей из металла является с помощью гаек – крепежных элементов с отверстием и внутренней резьбой. Используются в паре с болтами. Гайки различаются по форме (шестигранные, круглые с насечками, квадратные, T-образные, с выступами для пальцев и т. п.), а также по прочности.

4. Шуруп.

Этот крепежный элемент представляет собой стержень с наружной резьбой, острием конической формы и головкой. Способ соединения металла между собой с помощью шурупов заключается во вкручивании крепежа в готовое отверстие или мягкий материал (пластмассу, дерево). В этом заключается разница между ними и саморезами. Они менее универсальны по сравнению с последними, так как имеют меньшую высоту и шаг резьбы. Востребован этот вид крепежных изделий в строительных и отделочных работах.

5. Анкер.

Анкер крепится к опорному основанию и удерживает нужный элемент. Крепеж имеет две части:

нераспорную, которая не участвует непосредственно в фиксации конструкций;
распорную (рабочую), с изменяемыми размерами.

Помимо основных частей, может иметь манжету – кайму, препятствующую проникновению внутрь основания или фиксируемой конструкции. Анкеры используют для соединения металлических изделий из листовых материалов, а также для крепления тяжеловесных конструкций и фундамента.

6. Заклепки.

Делятся на два основных вида:

Вытяжные, состоящие из алюминиевой головки и стержня из оцинкованной стали. Они предназначены для неразрывной фиксации двух или более металлических элементов. При работе с ними используются механические инструменты.
Резьбовые заклепки широко применяются в машиностроении и электронике. На стержень этого крепежного изделия нанесена резьба, поэтому соединяемые с его помощью детали можно при необходимости разобрать.

7. Шпилька.

Это цилиндрический стержень без головки с резьбой по всей длине или только на концах. К такому способу соединения металлических изделий прибегают при отсутствии резьбы у фиксируемых деталей. Используется в паре с гайкой, может быть дополнен шайбой. Последняя представляет собой круглую пластинку, подкладываемую под гайку и повышающую прочность крепления, предотвращающую деформацию соединяемых заготовок. Это достигается за счет увеличения прижимной поверхности скрепляемых деталей.

С помощью шпилек скрепляют любые изделия и конструкции, включая высоконагруженные. Преимущество этого способа крепления металлических элементов заключается в том, что для его применения не требуются особые навыки.

В зависимости от наличия резьбы крепежные элементы делятся на:

метрические, представленные винтами, болтами, гайками и шпильками;
неметрические (приспособленные), представленные гвоздями, анкерами и т. п.

В зависимости от области использования они делятся на:

высокопрочные резьбовые крепежи;
элементы массового использования;
изделия для безударной и/или односторонней фиксации;
крепежи, предназначенные для герметизации изделий;
детали, предназначенные для соединения полимерных композитных материалов и т. п.

Это условная классификация, поскольку крепежные изделия могут одновременно относиться к нескольким группам.

Шпоночное

Шпонки фиксируют вал с деталями, которые передают вращение и колебание. Конструкция таких элементов может быть призматическая, клиновая, сегментная, тангенциальная. Такой крепеж образует следующие виды соединений:

Ненапряженные осуществляются с помощью призматических сегментных шпонок. При сборке нет предварительного напряжения.
Напряженные производятся тангенциальными и сегментными шпонками. При сборке появляется монтажное напряжение. Используются для сложных механизмов.

Разновидности

Вам будет интересно:Сапожник без сапог – значение выражения

Существуют разные виды столярных соединений.

Они регламентированы ГОСТом 9330-60 и могут относиться к одной из указанных в стандарте групп. Соединения могут быть следующими:

По длине. Это позволяет совместить детали, которые примыкают друг к другу торцами. К этой категории относятся сращивание и наращивание. Одним из самых часто применяемых вариантов является соединение типа шип. Существует несколько разновидностей подобных совмещений. Какие столярные шиповые соединения вы знаете? У каждого столяра есть свой опыт в применении подобных стыков.
По кромке. Этот тип совмещения называется сплачиванием. Он применяется для двух или больше заготовок с целью получения широкой детали.
Угловые концевые. Принцип похож на столярные шиповые соединения. Но в этом случае детали сходятся под определенным углом. Эта методика применяется в ходе создания мебели.
Угловые срединные. При создании такого соединения одна деталь примыкает к другой либо своим торцом, либо пересекает его полностью под определенным углом. В первом случае соединение называется примыканием, а во втором – пересечением. Такая техника используется преимущественно для создания щитов.
Ящичная вязка. Применяется для соединений широких элементов. Чаще всего такие стыки делают при сборке коробок, ящиков. Этот тип соединений также может быть концевым или срединным.

Способ стыковки выбирается в соответствии с назначением изделия.

Зубчатые (шлицевые) соединения

Крепление происходит за счет выступающих зубьев на валу и углубления под них в ступице.

Размеры закреплены стандартами. Этот способ используется для подвижных и неподвижных креплений.

Здесь выделяют три варианта фиксации по жесткости: легкая, средняя, высокая. Отличие состоит в количестве и высоте зубьев. Оно лежит в диапазоне 6-20 штук. Форма зубьев:

Треугольные маловостребованы. Используются для небольших неподвижных валов и с малым вращательным моментом.
Прямобочные. Центрируются по боковым граням, по внутреннему и наружному диаметру.
Эвольвентные. Применяются для больших валов.

Где используются эти виды? Назначение соединений такого плана – передача вращающего момента. Наиболее известное применение – электроинструменты.

Мы рассмотрели разъемные крепления. Далее изучим основные виды соединений неразъемных.

Пайка

Пайка – это когда электрические провода соединяются при помощи расплавленного припоя. Такой вид соединения наибольшим образом подходит для медных проводов. Хотя сейчас есть различные флюсы и для алюминия, опытные электрики предпочитают от такой пайки воздерживаться. Но при необходимости можно использовать специальные флюсы и паять даже медь с алюминием.

Положительные стороны

Такой тип соединения со скруткой уже не сравнить, пайка гораздо надёжнее (по надёжности она уступает лишь сварке).

С помощью пайки можно выполнять соединение многожильных и одножильных проводов, а также жил различного сечения.

Такой вид соединения не требует никакого обслуживания весь период эксплуатации.

Пайка считается низкой по себестоимости, из приспособлений понадобится лишь паяльник, а флюс с припоем стоят совсем недорого, да и расход их совсем мизерный.

Отрицательные стороны

К недостаткам такого метода стоит отнести высокую трудоёмкость. Пайка требует определённых подготовительных работ, жилы проводов перед тем как скручивать, надо предварительно залудить. Спаиваемые поверхности должны быть перед началом работы свободными от окислов и абсолютно чистыми.

Ну и конечно, нужен опыт владения паяльником, то есть у того, кто будет соединять провода методом пайки должна быть определённая квалификация. Ведь в процессе пайки очень важно выдерживать необходимый температурный режим. Недогретый паяльник не прогреет хорошо соединение; перегрев также недопустим, потому что будет очень быстро выгорать флюс, не успевая сделать своё дело.

Пайка – процесс небыстрый, но этот минус компенсируется надёжностью, которая получается у контактного соединения.

Монтаж

Пошаговый процесс выполнения пайки выглядит следующим образом:

Снимите изоляцию с жил на 40-50 мм.
До блеска зачистите оголённые участки жил при помощи наждачной бумаги.
Окуните в канифоль разогретый паяльник и поводите им по зачищенным поверхностям несколько раз.
Выполните скрутку.
Жало паяльника поднесите к припою.
Теперь сразу же набранным припоем прогрейте скрутку, олово должно расплавиться и заполнить промежутки между витками.
Таким образом, вся скрутка обволакивается оловом, после чего ей дают остыть.
Затвердевшую пайку протрите спиртом и заизолируйте.

Пайка проводов паяльником показана в этом видео:

Пайка проводов с помощью газового паяльника:

Пайка скруток методом погружения в расплавленный припой:

Сварочное

Чем они особенны? Такие виды соединений образуются за счет нагрева и наплавления материала в месте крепления с образованием сварного шва. Это сцепление считается одним из самых распространенных.

Существует несколько вариантов сварки. Самые популярные из них:

Сварка электродугой. Можно выделить три основных подвида: автоматическая под флюсом (отличается высокой производительностью и качеством, используется в массовом производстве), полуавтоматическая под флюсом (используется для коротких прерывистых швов), ручная (пониженная скорость производительности, качество зависит напрямую от опыта сварщика).
Контактная сварка. Применяется на массовом производстве для тонколистного металла. Шов выполняется нахлесточный.

Один из популярных вариантов крепления представлен на фото.

Часто применяется и в загородном строительстве.

Сращивание и наращивание

На уроках о столярных шиповых соединениях большое внимание уделяется именно этой разновидности стыковки. Они имеют много общего. Сращивание представляет собой соединение двух деталей, расположенных горизонтально, по длине. Наращивание позволяет увеличить длину деталей, которые находятся по отношению друг к другу вертикально. Это, например, может быть стоемный брусок.

Сращивание и наращивание является одним из основных типов соединений в столярном деле. Их применяют с целью получения длинных брусьев, столбов. Обычно длинные детали не выпиливают из одной доски. Эта методика используется в процессе строительных работ. Также в ходе ремонта столярных изделий может потребоваться наращивание или сращивание.

При использовании представленной методики получают лестничные перила, обвязочный брус для здания, плинтусы и прочие подобные изделия.

Чаще для создания длинных деталей применяется древесина твердых лиственных пород. Из нее нарезают небольшие бруски, которые склеиваются по ширине и длине. Процесс создания таких заготовок предполагает применение даже деловых отходов деревообрабатывающей промышленности.

Вам будет интересно:Головачев Павел Яковлевич: биография, участие в сражениях, награды

Столярные соединения деталей представленного типа также применяются при создании дверных полотен, оконных переплетов. При этом чаще применяют хвойные породы древесины. Современные клеевые составы отличаются высокой прочностью. С их помощью удается создать практически незаметный шов.

Существует несколько основных способов наращивания и сращивания:

Впритык. В этом случае элементы соединяются на торцах. Их плоско обрезают под прямым или иным другим углом.
Накладка вполдерева. Деталь при этом чаще всего имеет квадратное или прямоугольное поперечное сечение.
Шипами. Это специальный выступ соответствующей формы. На второй детали есть углубление, которое соответствует по своей конфигурации выступу. Шип столярного соединения может быть круглым, плоским, или косым (например, соединение «ласточкин хвост» (в виде трапеции), которое является часто применяемым в ходе строительных работ).
Клиновидный замок.

Клеевые соединения

Для такого крепления не требуется разогрев поверхностей.

Под каждый вид металла подбирается свой клей, который обеспечит плотное сцепление. Для таких операций детали подготавливаются. Поверхность шлифуется, обезжиривается, наносится специальная грунтовка, после этого производят операцию по склеиванию. Применяемые составы отличаются дополнительными свойствами и адгезией к различным поверхностям.

Клепочная фиксация

Этот способ сцепления применяется в основном для соединения листового металла и фасонных профилей. Технологическое отверстие в поверхностях осуществляют сверлением, далее вставляется клепка.

За счет механического воздействия стержень и головка деформируются, заполняют и фиксируют отверстие. Такую операцию производят ручным и механизированным способом. Клепками фиксируют материал, не поддающийся сварным работам, пайке, склеиванию, и к деталям, где надо оттянуть разрушающий процесс.

Достоинства, недостатки видов соединений

Каждый крепеж отличается своими характеристиками. Рассмотрим все варианты с точки зрения преимуществ и недостатков:

Резьбовое. Выдерживает большие нагрузки, надежное сцепление, широкий ассортимент изделий, легкость монтажа и демонтажа, возможность применять механизацию, невысокая стоимость. Недостатки: повышенное количество концетратов напряжения, снижает сопротивляемость.
Шпоночное. Несложная конструкция, легкий монтаж и демонтаж. Недостатки: паз для шпона за счет уменьшения сечения вала и ступицы ослабляет их. Также это происходит за счет концентраций напряжений кручений и изгиба. Трудоемкий процесс изготовления крепежа.
Зубчатое. Образует хорошее сцепление и точное направление осевого перемещения, передает больший вращающий момент, меньшее количество деталей, надежность при реверсивных и динамических нагрузках, меньшее ослабление вала, уменьшение длины ступицы. Недостатки: повышенная цена, сложная технология производства.
Сварочное. Невысокая стоимость работ, соединение получается герметичным и плотным, применение автоматизированных процессов, возможность работы с толстым профилем. Недостатки: при ручной сварке качество зависит напрямую от квалификации работника, деформация поверхности деталей при нагреве, низкая надежность при вибрациях и ударных воздействиях.
Пайка. Нет деформации поверхностей деталей, высокая точность, возможность распайки. Недостатки: сложный процесс подготовки оснований, должен обеспечиваться минимальный зазор.
Клеевое. Невысокая стоимость, не происходит ослабление рабочего сечения, возможность комбинированного использования с другими видами креплений, герметичность стыка, повышает антикоррозийные свойства шва, устойчивость к воздействию воды, химии, температурным перепадам, простата технологии нанесения. Недостатки: тщательная подготовка основания, при неправильном подборе состава могут снижаться прочностные характеристики.
Клепочное. Возможность применения к материалам, которые не поддаются сварке, надежность, препятствует появлению усталостных трещин. Недостатки: трудоемкость, материалоемкость, при процессе появляется деформация поверхностей деталей из-за механического воздействия.
Соединения с натягом. Конструкция достаточно проста, хорошее расположение деталей относительно друг друга, выдерживает большие нагрузки. Недостатки: непростая сборка, прочность рассеивается под воздействием вибраций и колебаний.

Как видно, каждый вид имеет свои преимущества и недостатки. Учитывая эти факторы, подбирают оптимальные виды крепежа в каждом конкретном случае. Рассмотрим, где применяются различные соединения.

Сплачивание

Рассматривая столярные соединения деталей из древесины, стоит отметить такую разновидность, как сплачивание. Его применяют для стыковки узких деталей. Это позволяет получить заготовку большей ширины. В редких случаях эту методику применяют для наращивания толщины.

Лицевые стороны подвергают фанерованию. Их оклеивают древесиной, которая относится к категории ценных пород. Сплачивание предполагает следующие разновидности соединений:

В гладкую фугу. При этом применяется клеевой состав. Кромки деталей прочно прифуговывают друг к другу. Затем их склеивают. Далее заготовку помещают в специальное оборудование. Это могут быть прессы, верстаки или сжимы. При этом часто применяют винты, клинья и прочие фиксаторы. Клеевой состав высыхает под давлением. Он выдавливается по линии стыка.
Шканты и шипы. В кромках качественно прифугованных деталей проделывают отверстия или гнезда. В них вставляют шипы прямоугольной формы или круглые выступы (шканты). При этом шипы должны иметь толщину не больше 1/3 от толщины деталей.
В шпунт. В одной из кромок выбирают паз посередине. Это шпунт, который должен быть не больше 1/3 толщины детали. В противоположной кромке делают гребень, конфигурация которого соответствует пазу. Такие соединения могут быть прямоугольной или трапециевидной формы.
В четверть. В кромках выбирают материал до половины толщины заготовки. Такого же размера делают продольные выемки. Они называются четвертями.
На рейку. Отличается от стыка в шпунт формой пазов. В них дополнительно выбирают рейку.
На шпонках. Выбирают в виде суживающихся кверху и по длине пазы. Они имеют трапециевидную форму и глубину 1/3 от толщины детали. В пазы вбивают шпонки, которые имеют скошенную кромку. Она соответствует типу паза. Такое соединение предотвращает коробление щитов.
В наконечник. На торцевой кромке щита наклеивают брусок. При этом форма шпунта-гребня может быть прямоугольного, треугольного или иного профиля. Такое соединение применяют для торцов, которые плохо поддаются отделке.

Виды соединений. Примеры применения

Резьбовое, клеевое, сварное соединения встречаются повсеместно в любой отрасли. Например, строительной, мебельной, в тяжелой промышленности и так далее. Шпоночные и шлицевые фиксации широко используется в электроинструментах, оборудовании, машиностроении. Соединения с натягом устанавливаются на валы зубчатых колец, червячные колеса. Пайка часто применяется в работе с электронными системами, где требуется максимальная точность. Клепочное применяется для сшивания листов тонкого металла. Однако, как показано на последнем фото, при помощи заклепок можно скрепить достаточно крупные швеллера. Это лишь незначительный список применения отдельных вариантов крепления.

Можно сказать, что с техническим прогрессом технология сцепления бурно развивается, а это значит, что будут появляться новые виды соединений деталей. Современный мир наполнен агрегатами, машинами и механизмами. От того, насколько прочно закреплены детали, зависят качество и срок службы узлов. Также важно, чтобы соединение не искажало форму изделия и не вносило дополнительных изменений в конструкцию. Поэтому оно должно соответствовать технологическим нормам. Если их соблюдать, то количество аварийных ситуаций на предприятиях сократится в разы, а сами агрегаты прослужат очень долго.

Итак, мы выяснили, какие существуют виды соединения деталей.

Разновидности сращивания и наращивания

Существует множество разновидностей соединений представленного типа. Самым распространенным способом являются столярные шиповые соединения клиновидного типа. В этом случае образуется большая площадь склеивания. Так получается обеспечить плотное сжатие. Шиповое соединение характеризуется простотой разметки и создания. При этом обработку древесины можно выполнить при помощи станка.

Какие столярные шиповые соединения вы знаете? Их существует множество разновидностей. При сращивании полуторцами можно создать разные детали, на которые не действуют значительные нагрузки, например, плинтус, обвязка панелей. В этом случае делают косую прирезку под углом 45º. При этом применяют стусло, чтобы добиться точности среза.

Если на деталь будет действовать нагрузка, прирезка должна быть более острой. Она называется косым усом. В этом случае по всей длине идет широкий шип. Это позволяет создать прочное соединение. Его применяют даже для криволинейных деталей в местах изгиба.

Если на детали воздействует поперечное сжатие, производится прямой накладной срез в полдерева. Часто накладку дополнительно фиксируют при помощи двух нагелей. Чтобы накладка не сместилась, торцы срезают под угол. Прочнее получается совмещение деталей при помощи прямого шипа с заплечиками.

Если на детали действует растяжение, их сращивают при помощи шипа «ласточкин хвост». Но для таких деталей нужна опора снизу.

Если детали практически плоские, можно делать двойной шип «ласточкин хвост». Но это довольно сложная методика, поэтому ее применяют довольно редко.

Если у деталей есть нижняя опора, они также испытывают давление сверху и растяжение. В этом случае соединение «двойной ласточкин хвост» будет лучшим вариантом.

Какие столярные шиповые соединения будут приемлемыми, если детали имеют опору внизу и испытывают усилия, смещающие их в противоположные стороны? Часто в подобных случаях применяют сращивание круглым шипом.