Połączenia, jakie występują w budowie maszyn, można podzielić na połączenia rozłączne i nierozłączne.



Połączenia nierozłączne

Połączeniami nierozłącznymi będą takie, które w okresie eksploatacji nie będą rozdzielane i których rozdzielenie w razie konieczności powoduje zwykle uszkodzenie jednej lub kilku części bądź wymaga użycia dużych sił (np. połączenie wtłaczane). Do połączeń nierozłącznych zalicza się połączenie spajane, nitowane oraz skurczowe.

Połączenia spajane

Występują w budowie maszyn bardzo często. Dotyczy to zwłaszcza konstrukcji zaprojektowanych z blach. Spośród połączeń spajanych najczęściej, jeszcze do dzisiaj, technolog przewiduje połączenia spawane (elektryczne lub gazowe). Połączenie spawane otrzymuje się w procesie technologicznym zwanym spawaniem, który polega na lokalnym stopieniu łączonych części i wprowadzeniu dodatkowo metalu (spoiwa) w miejscu łączenia. Spoiwami są specjalne elektrody topliwe lub druty spawalnicze. Między łączonymi częściami po ich ostygnięciu powstaje spoina. Najczęściej stosuje się spoiny czołowe (doczołowe) i pachwinowe (kątowe), a rzadziej spoiny otworowe lub punktowe.



Połączenie zgrzewane otrzymujemy w procesie technologicznym zwanym zgrzewaniem, który polega na lokalnym dociśnięciu i podgrzaniu łączonych części do temperatury topnienia. Istnieją różne sposoby lokalnego nagrzewania, np. gazowe, mechaniczne lub elektryczne. W praktyce stosuje się zgrzewanie elektryczne oporowe lub mechaniczne tarciowe. Zgrzewanie elektryczne wykonuje się za pomocą zgrzewarek.



Zgrzewanie mechaniczne tarciowe stosowane jest do łączenia dwóch prętów o przekrojach kołowych. Wykonywane jest na specjalnej maszynie, wyposażonej w dwa obrotowe uchwyty. Ciepło potrzebne do lokalnego podgrzania końców obu prętów wytwarzane jest przez tarcie powierzchni czołowych. Wyróżnia się następujące rodzaje zgrzewania:

* czołowe

* punktowe

*liniowe (ciągłe)

Połączenie lutowane otrzymuje się w procesie technologicznym zwanym lutowaniem, który polega na łączeniu części za pomocą roztopionego metalu zwanego lutem. Warunkiem uzyskania prawidłowego połączenia jest metaliczna czystość powierzchni łączonych części, dzięki czemu zachodzi zjawisko kohezji i dyfuzji. Wytrzymałość połączenia lutowanego jest większa od wytrzymałości lutu. Wyróżnia się lutowanie:

* miękkie, gdy lutem są metale o temp topnienia T < 300°C

* twarde, gdy lutem są metale o temp topnienia T > 550°C

* specjalne – jubilerskie, gdy lutem jest metal szlachetny

Lutowanie jest procesem, który stosuje się zwłaszcza w przemyśle elektronicznym. Proces ten ma istotną zaletę w stosunku do spawania czy zgrzewania: jest nią niska temperatura lutowania, co ma duży wpływ na wybór tej metody przez konstruktora.



Czwartą odmianą spajania jest klejenie. Połączenia klejone otrzymuje się w procesie technologicznym, który polega na łączeniu części za pomocą kleju. Klejenie jest nowoczesna technologią stosowaną w budowie maszyn. Skuteczność klejenia jest ściśle związana ze zjawiskiem adhezji (sił przyczepności) i kohezji (sił spójności międzycząsteczkowej). Kleje konstrukcyjne są tworzywami syntetycznymi, których głównym składnikiem jest żywica. Właściwości połączenia klejonego – spoiny klejowej – zależą od budowy chemicznej podstawowych składników kleju, a także od jakości przygotowanej powierzchni łączonych części. Proces ten nabrał ogromnego znaczenia, a to dzięki produkowaniu różnych rodzajów żywic syntetycznych. Znajduje ono zastosowanie głównie w przemysłach: lotniczym, samochodowym i elektrotechnicznym.





Połączenia nitowane

Połączenie nitowe jest połączeniem nierozłącznym pośrednim. Uzyskuje je się w procesie technologicznym zwanym nitowaniem, który polega na wierceniu otworów w łączonych częściach, np. blachach, ścięciu krawędzi otworów – usunięciu zadziorów – włożeniu nitu do otworu, a następnie wykonaniu zakuwki. Przykłady połączeń nitowych:

a) zakładkowe

b) nakładkowe

c) blachownicy

d) zbiornika ciśnieniowego

Zostały wyparte przez spajanie. Te pierwsze znajdują jeszcze dzisiaj zastosowanie w konstrukcjach stalowych, w których unika się niepożądanego nagrzewania łączonych części. Niekiedy stosuje się nitowanie w konstrukcjach wykonanych z materiałów trudno spawalnych.  

Połączenia rozłączne

Połączenia rozłączne można podzielić na: kształtowe, gwintowane, sworzniowe i kołkowe oraz wtłaczane. Połączenia te są powszechnie stosowane.

Połączenia kształtowe

Obejmują połączenia klinowe, wpustowe oraz wielowypustowe. Połączenia wpustowe są połączeniami pośrednimi, w których wpust pełni funkcję łącznika. Połączenia wypustowe są połączeniami bezpośrednimi, w których powierzchnie części łączonych są odpowiednio ukształtowane. Połączenia wielowypustowe są znormalizowane. Przykłady połączeń wpustowych i wielowypustowych:



Większa dokładność ustalania części przez połączenie wielowypustowe oraz zwiększona ich wytrzymałość (w porównaniu z połączeniem wpustowym) sprawiają, że połączenia te znajdują coraz większe zastosowanie. Montaż połączeń kształtowych nie nastręcza większych trudności. Jedynie osadzenie wpustu wymaga wcisku i powinno być przeprowadzane na prasie.

Połączenia klinowe są połączeniami pośrednimi, w których klin pełni funkcję łącznika. Stosowane są kliny jednostronne lub dwustronne.

Na powierzchniach bocznych klina działają siły normalne N i siły tarcia T. Klin pozostaje w spoczynku tylko wtedy, gdy składowe sił tarcia w kierunku osi x są większe od składowych sił normalnych w tym kierunku.

Warunek samohamowności dla klina, wyrażony za pomocą sumy rzutów sił na kierunek osi x, ma postać:

N sinα < T cosα

Połączenia gwintowe

Połączenia gwintowe są połączeniami rozłącznymi kształtowymi, szeroko stosowanymi w budowie maszyn. Wyróżnia się połączenia pośrednie i bezpośrednie, spoczynkowe i ruchome. W połączeniach pośrednich stosowany jest łącznik – śruba, natomiast w bezpośrednich części łączone wyposażone są w gwint. Najczęściej stosowanymi łącznikami są śruby z nakrętką.



Występują bardzo licznie w każdej maszynie i urządzeniu. Służą one do unieruchomienia łączonych części (gwinty o zarysie trójkątnym) oraz do wzajemnego przemieszczania jednej części (zespołu) względem drugiej (gwinty o zarysie trapezowym, okrągłym i prostokątnym).



Podstawowym gwintem o zarysie trójkątnym (a1) jest gwint metryczny, znormalizowany i stosowany przede wszystkim w połączeniach spoczynkowych. Jego zaletami są duża wytrzymałość i mała wrażliwość na niedokładności wykonania. Gwinty trapezowe są metryczne o zarysie symetrycznym (a2) oraz niesymetrycznym (a3). Gwinty prostokątne nie są znormalizowane i stosuje się je rzadko. Korzystniejsze od nich są gwinty trapezowe. Gwinty okrągłe, z uwagi na korzystny kształt karbów, są mało wrażliwe na efekty zmęczeniowe i dlatego znajdują zastosowanie w połączeniach części obciążonych udarowo. Oprócz wymienionych gwintów stosowane są gwinty toczne, w których między śrubę a nakrętkę wprowadzone są kulki, a tarcie ślizgowe zastąpione jest tarciem tocznym.

Podczas montażu części za pomocą śrub można wyodrębnić trzy fazy. Są to: wkręcenie, wstępne dokręcenie i dociąganie. Szczególną uwagę należy zwrócić na ostatnią fazę. Ważny jest tutaj nie tylko dobór odpowiedniego momentu obrotowego przy dociąganiu śruby lub nakrętki, lecz również równomierność tego zabiegu i przestrzeganie określonej kolejności. Śruby dwustronne wkręca się przy użyciu dwóch nakrętek nakręconych na swobodny koniec śruby lub za pomocą specjalnej oprawki.

Połączenia sworzniowe i kołkowe

Połączenia kołkowe i sworzniowe są połączeniami pośrednimi, w których sworzeń lub kołek pełni funkcję łącznika. Mogą spełniać rolę połączeń służących do wzajemnego ustalania dwóch lub więcej części bądź jako połączenia przenoszące siły i momenty. Rolę połączeń ustalających mogą spełniać kołki walcowe lub stożkowe. Podstawowe cztery rodzaje kołków stosowane w budowie maszyn:



Ustalenie dwóch części za pomocą kołków wymaga przy montażu wiercenia otworów, rozwiercenia ich i kołkowania. W wielu przypadkach jest to kłopotliwe, ale tylko taka technologia jest poprawna.

Podstawowe rodzaje sworzni stosowane w budowie maszyn:



Sworznie wyposażone są w otwory, w których umieszczone są zawleczki zabezpieczające je przed wypadnięciem.



Połączenie wciskowe

Połączenie wciskowe jest zastosowaniem pasowania ciasnego w praktyce. Początkowa różnica między odpowiednimi wymiarami łączonych części całkowicie zanika na skutek ich odkształceń sprężystych podczas montażu. Ze względu na zastosowaną technologię montażu wyróżnia się połączenia wtłaczane i skurczowe (wtłaczane z nagrzewaniem).

Połączenia wtłaczane wykonuje się w trzech fazach: orientowanie części względem siebie, wprowadzenie jednej części w drugą i wtłaczanie. Dla właściwego wprowadzenia jednej części w drugą powinno się zaprojektować w części obejmowanej stożek o kącie 10÷15°, części zaś obejmującej fazy pod kątem 45°. Wtłaczanie przeprowadza się na wszelkiego typu prasach. Wartość siły wcisku wynika z zaprojektowanego pasowania. Przy wtłaczaniu występują odkształcenia sprężyste lub sprężysto-plastyczne. W celu zabezpieczenia powierzchni przed zatarciem, zwłaszcza przy dużych wciskach, powinno się stosować smary. Mogą to być smary płynne (oleje), stałe, jak dwusiarczek molibdenu MoS2 lub talk. Smary te zmniejszają wartość współczynnika tarcia, a przez to siłę wtłaczania.

Połączenia skurczowe są stosowane w tych wszystkich przypadkach, w których wymagana jest pewność przeniesienia dużych obciążeń. Połączenia takie mogą być wykonane w temperaturze otoczenia, poprzez nagrzewanie części obejmującej lub chłodzenie części obejmowanej (czopa), lub zarówno przez nagrzewanie i oziębianie jednej i drugiej części.

Wytrzymałość połączeń wtłaczanych z nagrzewaniem jest blisko dwukrotnie większa niż połączeń wtłaczanych na zimno. Wynika to z faktu, że przy takim połączeniu nie następuje ścinanie mikronie równości, jak przy połączeniach wtłaczanych na zimno, tylko mikronie równości te jak gdyby ulegają sczepieniu. Dodatkową zaletę stanowi fakt, że nie wymagane jest wówczas stosowanie pras o bardzo dużych naciskach.

Nagrzewanie części można wykonać w oleju lub piecach elektrycznych z regulowaną temperaturą. Większe elementy nagrzewa się na stanowisku montażowym prądami wysokiej częstotliwości. Ochładzanie części w zależności od temperatury jaką ma się uzyskać przeprowadza się w suchym lodzie (-75°C), schłodzonym spirytusie (-100°C) lub w skroplonym powietrzu albo azocie (-180 do -196°C).