STANDARDIZACIJA I STANDARDI

TOLERANCIJE I DOSJEDI STROJNIH DIJELOVA

DOSJEDI

TOLERANCIJE OBLIKA I POLOŽAJA

ELEMENTI STROJEVA ZA SPAJANJE 1. NERASTAVLJIVI SPOJEVI ZAVARENI SPOJEVI

VRSTE ZAVARENIH SPOJEVA

Proračun čvrstoće zavarenih spojeva

RASTAVLJIVI SPOJEVI

Zavojnica i navoj

Vrste navoja

Navoji za prijenos gibanja

LEMLJENI SPOJEVI

Lemljenje: spajanje metalnih materijala pomoću dodatnog rastaljenog materijala (lema) čije talište je niže od tališta osnovnog materijala. Meko (< 450 °C – soldering, weichlöten, brasatura dolce), tvrdo (> 450 °C – brazing, hartlöten, brasatura forte) te visokotemperaturno lemljenje (> 900 °C). Područje taljenja lema: područje temperature od početka taljenja do potpuno rastaljenog stanja. Radna temperatura: najniža temperatura površine na mjestu lemljenja na kojoj se lem može omrežiti, proširivati i vezati za osovni materijal. Prednosti: - visoka vlačna cvrstoča; - utjecaj temperature na osnovni materijal je manji nego kod zavarivanja; - kontrola procesa je vrlo dobra; - upotrebom više lemova mogu se dobiti kompleksne strukture; - potrebno je manje energije nego kod zavarivanja; - i za spajanje dijelova razlicite debljine i tankih dijelova; - dobra toplinska i elektricka vodljivost; - moguće spajanje velikih površina; - pogodno za serijsku proizvodnju komponenti malih izmjera.

Nedostaci: - mala otpornost na visoke temperature; - lemovi djelomicno sadrže skupe plemenite metale; - cvrstoca spojeva dobivenih mekim lemljenjem je ogranicena; - postoji opasnost od pojave elektrolitske korozije; - u odnosu na zavarivanje priprema površina spoja može biti skuplja.

Lemovi: Za meko lemljenje: - teške kovine: PbSn ili SnPb lemovi, - lake kovine: Sn, Zn ili Cd lemovi (Cd ne smije doci u kontakt sa živežnim namirnicama). Za tvrdo lemljenje: - teške kovine: Ag, Cu i mjedeni lemovi, - laki metali: AlSi i AlSiAn lemovi. Kod visokotemperaturnog lemljenja:

lemovi temeljeni na Ni, AuNi i drugim plemenitim metalima te na Cu. Posebne izvedbe: lemovi temeljeni na Ti, Zr, Co ili Nb.

Okrugle šipke

LIJEPLJENJE Definicija: Lijepljenje: spajanje dijelova iz istih ili razlicitih materijala prijanjanjem pomocu ljepila.

Razvoj: - 4000 god. p.n.e.: upotreba asfalta u Mezopotamiji; - 3000 god. p.n.e.: Sumeri koriste ljepilo dobiveno iz životinjske kože, slicno (i smole) i kod Egipcana (cca. 1500 p.n.e.) ili, u obliku voska, kod Ikara; - 17. i 18. stoljece: industrijska proizvodnja - polovina 19. stoljeca: flasteri (lijepljenje temeljeno na prirodnom kaucuku) i ljepljive mase za upotrebu u medicini; - 1909.: prva sinteticka polimerna ljepila (D); - 1920. Richard G. Drew (Minnesota Mining and Manufacturig Company – 3M; USA): prva ljepljiva traka za automobilsku industriju; - 1940-e: prva ljepila za metale (zrakoplovna industrija).

Prednosti: - za spoj potrebno malo prostora i nisu potrebne rupe ili visoke temperature; - naprezanja se jednoliko rasporeduju na velikim površinama Nkomponente mogu biti tanje; - spojevi su nepropusni, otporni na koroziju i ne mijenjaju svojstva materijala; - elasticnost ljepila može kompenzirati toplinske dilatacije te ublažiti udarce i vibracije; - jednostavna serijska proizvodnja.

Nedostaci: - mala cvstoca; - neki korišteni materijali mogu biti toksicni; - nisu postojani na višim temperaturama; - javljaju se efekti starenja i puzanja; - mogu biti osjetljivi na vlagu; - mogu biti potrebni uredaji za stezanje; - vrijeme spoja može biti dugo, a potrebna priprema skupa.

Ljepila: - Prijanjajuca ljepila - Kontaktna ljepila. - Cvrsta (kemijski reaktivna) ljepila. - Jednokomponentna i dvokomponentna ljepila i njihovo otvrdnjavanje. - Stanje površine. - Sloj ljepila treba biti što tanji. Dijelovi mikrosustava se takoder mogu spajati lijepljenjem: - epoksidnim ljepljivim materijalima; - eutekticnim slojevima.

spoja.

ZAKOVIČNI SPOJEVI Zakovične spojeve istiskuju zavareni spojevi; no on ipak vrijedi kao bezuvjetno siguran i koristi se za prijenos sila, montažu te za nepropusne spojeve. Sirova zakovica (Niet, rivet, rivetto - “ribattino”): struk i osnovna glava:

Prednosti zakovičnih spojeva: - materijal se ne oslabljuje toplinskim utjecajima, a nema niti opasnosti od puzanja; - mogu se spajati različite debljine materijala te materijali s presvlakama, kao i različiti materijali; - kontrola kvalitete je jednostavna; - trenje u spoju dovodi do prigušenja vibracija i buke; - velika brzina izvodenja - kod montaže zamjena za vijke; - spoj se evenatulano može i rastaviti.

Nedostaci: - rupe oslabljuju konstrukciju; - neravnomjerna raspodjela naprezanja; - potrebno preklapanje elemenata; - kod različitih materijala može se javiti kontaktna

korozija. Materijal za zakovice: Č konstrukcije: Č 0245, Č 0445. Obojeni materijali: Cu, Ms, Al, AlCuMg i AlMg5. Zakovice i dijelovi koji se zakivaju: isti osnovni materijal. Čelične zakovice do d = 8 mm i sve neželjezne zakovice zakivaju se hladno, a Č deblje od 10 mm toplo. Osnovna glava zakovice podupire se držačem, a završna glava zakiva se oblikačem pritiskom na stroju za zakivanje, ili udarcima zračnog čekića.

ZAKOVIČNI SPOJEVI su nerastavljivi spojevi dvaju ili više strojnih

dijelova ostvareni pomoću zakovica. Zakovice su normirani elementi.

Zakovične spojeve su u strojogradnji, brodogradnji i drugim čeličnim konstrukcijama uglavnom istisnuli zavareni spojevi, jer bušenje rupa za zakovice i samo zakivanje iziskuje veći utrošak rada i oslabljuje strukturu. Ipak, zakovični spoj vrijedi kao bezuvjetno siguran i dalje se koristi kod lakih konstrukcija gdje se koriste laki metali, tj. aluminij i njegove slitine.

Zakivanje konstrukcija od lakih metala pokazalo se povoljnijim od zavarivanja, jer hladno zakovane zakovice potpuno ispunjavaju rupe (nema zračnosti zbog sakupljanja). Zavarivanje utječe nepovoljno na svojstva lakih metala, tako da su zakovični spojevi, unatoč visokim koncentracijama naprezanja zbog rupa, trajniji od zavarenih. Zakovane konstrukcije od lakih metala upotrebljavaju se pretežno u gradnji vozila, brodova i zrakoplova, ali i kod dizalica, mostova i u visokogradnji.

Sirova zakovica sastoji se od struka promjera d i duljine l i već oblikovane osnovne glave. Osnovna glava zakovice podupire se pridržačem, a završna glava zakiva se oblikačem. Kod strojnog zakivanja zakovica bolje ispunjava provrt nego pri zakivanju čekićem. završna glava

osnovna glava

struk

pridržač

čekić ili naprava za zakivanje s oblikačem

Kod punih su zakovica najčešće zakovice s poluokruglom i s upuštenom glavom:

Označivanje: Zakovica DIN 124–16x36-čelik

(d = 16 mm, l = 36 mm)

Prednosti zakovičnih spojeva:

- materijal se ne oslabljuje toplinskim utjecajima kao kod zavarivanja (posebno važno kod konstrukcija od lakih metala i kod zrakoplova – hladno zakivanje), a nema niti opasnosti od puzanja kao kod lijepljenja

- nema temperaturnih deformacija - kontrola kvalitete je jednostavna (vizualna) - velika brzina izvođenja spojeva - i do 1000 zakovica/sat - kod montaže zamjena za vijčane spojeve - spoj se evenatulano može i rastaviti rezanjem glava ili

bušenjem zakovica. - mogu se spajati različiti materijali, različite debljine, kao i

materijali s prevlakama

Nedostaci:

- priprema je zahtjevnija zbog bušenja provrta - rupe oslabljuju konstrukciju pa su konstrukcije općenito

teže - ne mogu se izvesti čelni spojevi jer je uvijek potreban

prijeklop što također čini konstrukciju težom - zakovice i djelovi koji se spajaju moraju biti od istog

materijala jer inače može doći do labavljenja zbog različitih temperaturnih rastezanja i do galvanske korozije

- neravnomjerna raspodjela naprezanja na spoju - površina nije glatka zbog glava zakovica.

Materijal za zakovice: U gradnji čeličnih konstrukcija se uglavnom koriste zakovice od općih konstrukcijskih čelika, a za zakovice od obojenih materijala dolaze u obzir Cu, mjed, Al, AlCuMg i AlMg5.

Hladno zakivanje: • za čelične zakovice promjera d < 10 mm i sve neželjezne zakovice (bakar, mjed, aluminij) • zakovica se hladno deformira i potpuno ispuni provrt u dijelovima koji se zakivaju • prilikom opterećenja se zakovica ponaša kao zatik opterećen posmično i na površinski tlak; ponekad je i vlačno opterećena

Toplo zakivanje: • za čelične zakovice promjera d ≥ 10 mm • zakovice se prije samog zakivanja ugriju na ~ 1000 °C • prilikom hlađenja se zakovice skupljaju (skraćuju), snažno pritišću zakovane dijelove pa se vanjsko opterećenje uglavnom prenosi trenjem između stisnutih površina; zakovice ostaju vlačno opterećene.

Budući da je naprezanje zbog sakupljanja proporcionalno duljini zakovice, stezna duljina mora biti ∑s ≤ 4·d. Duljina zakovice l mora od ∑s biti dulja za: ≈ (4/3)·d za zakovice s poluokruglom glavom i strojno zakivanje ≈ (7/4)·d za zakovice s poluokruglom glavom i ručno zakivanje ≈ (0,6…1)·d za zakovice s upuštenom glavom Provrti za zakovice se buše ili probijaju. Probijeni provrti se dodatno buše ili razvrtavaju, budući da stvaranje finih pukotina kod probijanja može dovesti do loma. U gradnji čeličnih konstrukcija zabranjeno je probijanje rupa. Rubovi rupa se upuštaju da bi se dobio dobar prijelaz između struka i glave zakovice.

Prilikom zakivanja vrlo tankih limova te elastičnih (guma, koža, plastika) i krhkih materijala (keramika, obloge na kočnicama) dopuštene su male sile zakivanja jer u suprotnom dolazi do velikih deformacija ili loma spajanih dijelova. U takvim se slučajevima koriste prvenstveno polušuplje ili šuplje (cijevne) zakovice.

Na teško dostupnim mjestima i prilikom zakivanja šupljih profila koriste se slijepe zakovice – šuplje ili polušuplje.

Provlačna zakovica: zadebljani kraj trna prilikom izvlačenja proširi donji kraj šuplje zakovice; zakovica se može zatvoriti zatikom. Zakovica s trnom: prilikom izvlačenja se trn prekine i njegov donji dio ostane u šupljoj zakovici.

Polušuplja zakovica sa zatikom: zabijanjem zatika u zakovicu proširi se njezin donji razrezani kraj. Eksplozivna zakovica: prilikom zagrijavanja u zakovici eksplodira eksplozivni naboj. Zakivanje s čelne strane: primjenjuje se na zaticima, osovinama i drugim dijelovima

Proračun zakovičnih spojeva

Ako u spoju ima više zakovica, u proračunu čvrstoće se najčešće pretpostavlja da sve zakovice jednako sudjeluju u prijenosu sile, tj. da su podjednako opterećene. Najčešće se ne stavlja više od 3 do 4 reda zakovica (dopušteno je 5 do 6). Zakovice u više redova osiguravaju i nepropusnost spoja.

Ako su zakovicom spojena dva lima (dva dijela), prevelika poprečna sila F će prerezati zakovicu na jednom mjestu pa se govori o jednoreznom spoju (m = 1 = broj rezova) Ako su zakovicom spojena tri lima (tri dijela) ili više njih, prevelika poprečna sila F će prerezati zakovicu na dva ili više mjesta pa se govori o dvoreznom (m = 2) ili višereznom spoju.

Zakovice prvenstveno trebaju biti opterećene posmično. Iako dio sile nosi trenje na dodirnim površinama spojenih dijelova, to se u proračunu zanemaruje. Tangencijalno naprezanje u poprečnom presjeku struka zakovice: Zakovica može biti opterećena i vlačno, što treba izbjegavati. U tom je slučaju naprezanje

dop s1

s ττ ≤⋅⋅

=Ami

F

dop1

v σσ ≤=AF

F = sila i = broj zakovica m = broj rezova A1 = površina poprečnog presjeka zakovane zakovice = d1

2·π/4

Sila F pritišće struk zakovice na bokove provrta, stvarajući tako površinski tlak koji se raspoređuje proporcionalno deformaciji provrta.

dop l1

1 σσ ≤⋅⋅

=tdi

F

Stvarna raspodjela naprezanja na bokovima provrta: Srednje naprezanje na bokovima provrta:

σ1

σ1

σ1

σ1 d 1

t = debljina najtanjeg lima

Računa se sa srednjim naprezanjem (površinskim tlakom) na bokovima provrta, odnosno struku zakovice, i to u provrtu u najtanjem limu:

1) Kod tlaka i tlaka pri savijanju oko 2,5 puta veće vrijednosti

Zakovicama spojeni dijelovi

Naprezanje Opterećenje

Čelik ili čelični lijev s vlačnom čvrstoćom Rm (N/mm2)

Sivi lijev1) s vlačnom čvrstoćom Rm (N/mm2)

340 360 420 500 600 100 200 300 400

Vlak, tlak σdop Statičko Ishodišno dinamičko Izmjenično dinamičko

120 85 70

140 100 85

160 120 95

180 140 110

220 170 130

35 25 20

65 40 35

100 75 50

135 100 70

Savijanje σs dop Statičko Ishodišno dinamičko Izmjenično dinamičko

170 95 75

195 110 95

225 130 100

250 155 120

310 185 145

50 28 20

90 45 40

140 80 55

190 110 80

Naprezanje u provrtu σl dop

Statičko Ishodišno dinamičko Izmjenično dinamičko

240 170 140

280 200 170

320 240 190

360 280 220

410 340 260

65 45 35

130 85 65

200 130 100

270 170 130

Čelične zakovice

Naprezanje Smicanje τs dop Naprezanje u provrtu σl dop Vlak σdop

Opterećenje Statičko Ishodišno dinamičko Izmjenično dinamičko

140 100 85

280 200 170

70 50 40

Pri proračunu zakovanih konstrukcija porebno je provjeriti i naprezanja u kritičnim presjecima zakovicama spojenih dijelova.

Dopuštena naprezanja:

Zakovični spojevi u gradnji čeličnih konstrukcija

U visokogradnji, mostogradnji i gradnji dizalica zakivaju se valjani profili i limovi u limene i rešetkaste nosače. Koriste se poluokrugle zakovice te, samo u iznimnim slučajevima, zakovice s upuštenom glavom. Treba se pridržavati posebnih propisa o izmjerama i rasporedu zakovica, ali je načelno provjera čvrstoće jednaka.

Zakovični spojevi u konstrukcijama od lakih metala

(prvenstveno kod zrakoplova, vozila i brodova)

Prednosti zakovanih konstrukcija od lakih metala pred čeličnim konstrukcijama jesu mala težina, približno jednaka čvrstoća i postojanost protiv korozije. Nedostaci su visoka cijena i niži modul elastičnosti (0,7·105 N/mm2). Ekonomična izrada ekstruzijom omogućuje pak upotrebu posebnih, polušupljih i šupljih profila: Postoje posebni propisi i norme za zrakoplovstvo, visokogradnju i dizalice.

Zakovice od lakih metala su nešto drukčijeg oblika: Za zrakoplove se koriste kaljene AlCuMg1- ili Ti-zakovice: Željeznički vagon; udio ekstrudiranih profila oko 70%:

15. 03. 1888. 15. 09. 1888. 26. 12. 1888. 12. 03. 1889.

Eiffelov toranj: - slagan iz lijevanog željeza 26 mjeseci (do 31. 03. 1889.) - 18.038 komada pripremljenih u tvornici (tolerancije: 0,1 mm) - 150…300 radnika na konstrukciji - pojedini elementi su u tvornici povezivani vijcima, a poslije zamijenjeni zakovicama koje su, poslije hlađenja, osiguravale čvrsti spoj - tim od 4 čovjeka je bio potreban za svaki spoj zakovicom: prvi za zagrijavanje zakovice, drugi za držanje zakovice na mjestu, treći za oblikovanje glave i četvrti za udaranje čekićem - samo trećina od 2,5 milijuna korištenih zakovica je pričvršćena na samom mjestu izgradnje - točnost povezivanja na konstrukciji: 1 mm.

- visina (s antenama) 324 m; osnovica 125 x 125 m; 1665 stepenica - težina željeza 7.500 t; ukupna težina 10.000 t; - pomak zbog vjetra 6…7 cm - farbanje u prosjeku svakih 7 god. (traje 15 mjeseci - 25 radnika s četkama - 60 t farbe - 200.000 m2) - 2006. g. 6,7 milijuna posjetitelja; ukupno dosad preko 230 milijuna.

Gustave Eiffel (15. 12. 1832 – 27. 12. 1923.)

inženjer i arhitekt; uz toranj poznat i po unutrašnjoj metalnoj konstrukciji za Kip

slobode u New Yorku, vijadukata, željezničkog kolodvora u Pešti; bavio se i

metrologijom, radiotelegrafijom i aerodinamikom

Golden Gate: - viseći most u San Franciscu (SAD) - građen od 05. 01. 1933. – 27. 05. 1937. - 6 prometnih staza + pješačke staze - dug 2737 m, širok 27 m, visina 67 m nad vodom - max. progibi: 8,4 m na stranu, 3,3 m na dolje, 1,7 m na gore - uzdužne spojke na krajevima dozvoljavaju pomake do 43 cm - ukupna težina > 800.000 tona - u svakom tornju (do 152 m iznad ceste) oko 600.000 zakovica - 17 radnika zamijenjuje istrošene i korodirane zakovice (dvije po dvije + zamjena zbog povećanja sigurnosti kod potresa, koja će trajati 20 god.) - 55 ličilaca stalno farba most.

Parna lokomotiva na riječkom željezničkom kolodvoru:

Most u Pragu:

Most u Rijeci (Mrtvi kanal - Porto Baroš):

Zakovana konstrukcija kabine žičare – Mölltaler Gletscher (Austrija)

OSTALE VRSTE SPOJEVA“Zakivanje bez zakovica” (“kopčanje”):Primjer: “Toxen” postupak (clinching)Prednosti: materijal se toplinski ne napreže, presvlake ostaju u dobrom stanju, mogu se spajati limovi različitih debljina i od različitih materijala, postupak je jeftin.

Posebni postupci spajanja limova:Spajanje žilavih limova iz istih ili različitih metala plastičnom deformacijom (oblikom):

Polimerni uskočni spojevi:

Princip:

F1 = sila spajanjaH = podrez (progib)

H

F1

Najvažnije prednosti uskočnih spojeva:- izratke ne treba posebno pripremati za spajanje,- prilikom spajanja nije potreban dodatni pribor ili alat,- kod rastavljivih spojeva, višestruko sastavljanje i rastavljanje nema većeg utjecaja na kvalitetu spoja,

- sastavljanje i rastavljanje vrlo je brzo i jednostavno i- omogućuju postizanje velikog stupnja integracije spojnihelemenata u sam polimerni izradak.

Podjela:

Savojni uskočni spoj s

kvačicama

Torzijski uskočni spoj s kvačicama

Prstenasti uskočni spoj

Segmentirani prstenasti

uskočni spojPoseban oblik

Rotacijski simetričan oblik Proizvoljan oblik

Segmentiran

Otvoren Zatvoren

Uskočni element

Dijelovi sa savojnim uskočnim spojevima:

Savitljive su konzole s kvačicama:

Prekidač:

Savitljive su konzole s udubljenjem, a kvačica je na krutom dijelu kućišta:

Torzijski uskočni spoj s kvačicom:

torzijski štap

H

torzijski

štap

β

γ

Q

rTl1

l2

lT

Prstenasti uskočni spojevi

H/2

Pričvršćenje kotača uredske stolice: 1 – nosač kotača sa svornjakom s utorom, 2 – noga stolice, 3 – elastični prsten koji ulazi u utor svornjaka, 4 - poklopac

Kuglasti uskočni spojevi

Zglob:

H/2

Kopče (spojnice)

S. Zelenika KEI 6.ppt

Proračun savojnih uskočnih spojeva s kvačicom

Veći kut spajanja α1→ veća sila spajanja F1Veći kut zadržavanja α2 → veća sila zadržavanja (rastavljanja) F2Za osiguranje rastavljivosti: poželjno α2 < 45°Nerastavljiv spoj: α2 ≥ 90°

h

lCH

h

lCH

2dop

dop

2 ⋅⋅=<

⋅⋅=

εε

H – podrez; Hdop – dopušteni podrezε – dopuštena deformacija rubnih vlakanaεdop – dopuštena def. rubnih vlakana materijala konzole pri savijanjuC – geometrijski faktor ovisan o obliku kvačice

Dopuštena istezanja polimera εdop:

21,21,51,80,51,5Dopušteno istezanje εdop (%)

POM30% GF

ABS30% GF

PBT30% GF

PC30% GF

PA50% GF

PA30% GF

Ojačani plastomeri

22...38...104...62,5221...1,5Dopušteno istezanje εdop (%)

PMMAPVC tvrd

PVC mekan

PCABSSANSBPSAmorfni plastomeri

2,553...44...66...8710Dopušteno istezanje εdop (%)

PETPBTPAPOMPPPE-HDPE-LDKristalasti plastomeri

l

EWF

ε⋅⋅= S

p

x

x

ε

σE =S

Sila Fp (N) kojom je potrebno poprečno djelovati na vrh kvačice da bi se ona savinula za podrez H (mm):

Sekantni modul:

ε – istezanje rubnih vlakana pri progibu, tj. podrezu HW – aksijalni moment otpora (mm3) poprečnog presjeka

konzole

Mora biti: ε ≤ εdop

1

1p1 tan1

tan

αµ

αµ

⋅−

+⋅= FF

Iz sile Fp se izračunavaju:- Sila spajanja F1 :