ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Конструирование клеевых соединений из "Соединения деталей из полимерных материалов " Одним из важнейших факторов, влияющих на прочность клеевого соединения, является его конструкция. [c.511] Выбор конструкции клеевых соединений [3, 86] включает в себя определение формы и расчет размеров соединяемых участков деталей, а также выбор клея и схемы его нанесения. При этом конструктору необходимо учитывать тип конструкции, величину, направление и длительность действия нагрузки, условия эксплуатации изделий, а также его стоимость. При конструировании клеевого соединения ПКМ необходимо зп1итывать, что напряжения сдвига между слоями материала могут оказаться столь же опасными, как и сдвигающие напряжения в клеевой прослойке. Сложности расчета прочности клеевого соединения обусловлены многообразием влияющих на нее факторов, разбросом прочностных характеристик клеевого слоя и трудностями с определением закона распределения напряжений в клеевом шве. [c.511] К основным требованиям, предъявляемым к конструкции клеевых соединений, относятся выполнение их по возможности по большим поверхностям обеспечение нагружения большей их части и в направлении максимальной прочности соединения. Первое требование обусловлено тем, что прочность т при сдвиге у ПМ меньше, чем прочность а при растяжении например, у карбопластиков т/СТр=1/15-1/35, а у ПВХ Стр = 80 МПа и т = 30-40 МПа. Поскольку прочности нахлесточного соединения жестких материалов при сжатии, сдвиге и расслаивании относятся как 1000 100 1, то должно обеспечиваться нагружение клеевого соединения сдвиговыми напряжениями и исключаться нагружение отдирающими или расслаивающими напряжениями. Нагружение соединения слоистых ПМ в направлении, перпендикулярном слоям наполнителя, не допускается, поскольку, например, у эпоксидных боропластов межслойная прочность при отрыве в 2 раза ниже меж-слойной прочности при сдвиге. [c.511] Прочность клеевых соединений зависит от многих факторов геометрических соотношений, жесткости соединяемых элементов, упругопластических свойств клеевой прослойки, ее толщины и толщины соединяемых элементов, эксцентриситета нагружения и от многих других, иногда трудно учитываемых при расчетах. Поэтому более полно исследована прочность наиболее простых видов соединений — на-хлесточных и на ус при растяжении. [c.513] Прочность клеевого соединения внахлестку по меньшей мере равна прочности образца, изображенного на рис. 7.7, а и полученного механической обработкой из листа, толщина которого вдвое больше толщины склеиваемых материалов. Соединения внахлестку характеризуются неравномерным распределением напряжений по длине соединения, причем максимальные напряжения могут в несколько раз превышать средние значения [65]. [c.513] Концентрация напряжений в нахлесточном соединении обусловлена неравномерностью нагружения склеенных элементов при нагружении и их изгибом. Неравномерность нагружения в зоне клеевого слоя возникает по той причине, что каждый из соединяемых элементов на участке до начала шва подвергается воздействию всей нагрузки, а в шве эта нагрузка передается другому элементу через клеевую прослойку постепенно. В результате этого напряжения в каждом элементе перекрытия в начале шва являются максимальными, а затем уменьшаются к концу соединения до нуля. Эти изменяющиеся напряжения вызовут соответствующие деформации клеевой прослойки (Zj Х ) (рис. 7.7). [c.514] В нахлесточных соединениях при растяжении возникают преимущественно напряжения сдвига, но на участках, близких к концам нахлестки, могут появиться и напряжения отрыва в направлении, перпендикулярном плоскости склеивания (рис. 7.8). Максимальное напряжение и его отношение к среднему напряжению (коэффициент концентрации напряжений п) является функцией длины перекрытия /jj, модуля сдвига G и толщины d клеевой прослойки, модулей упругости j, и толщины 5j, 82 склеиваемых элементов. Эта функциональная зависимость выражается формулой (7.6), которая справедлива при допущениях в клеевой прослойке действуют только напряжения сдвига детали и клеевая прослойка деформируются упруго. Входящая в параметр п величина G/2d характеризует способность клеевой прослойки включать в работу присоединяемый элемент. Чем выше жесткость (G) клеевой прослойки, тем меньший ее объем оказывается нагруженным, тем выше максимальные напряжения. [c.514] Экспериментальное изучение распределения напряжений в клеевых нахлесточ-ных соединениях эластичных материалов показывает, что касательные напряжения в клеевой прослойке распределяются неравномерно не только по длине, но и по ширине нахлестки, причем они сосредотачиваются в углах нахлестки. [c.515] Если в эксприментах определить т, то можно рассчитать фактор К = по известным факторам соединяемого материала м = у[Ё и формы Ф = л/б / /. При найденном К можно уже будет рассчитывать т любого нахлесточного соединения, включая соединения труб и втулки со стержнем. [c.515] Расчет нахлесточного соединения сводится, как правило, к определению площади склеивания или длины нахлестки. Поскольку на оптимальную длину нахлестки влияет очень много факторов, ее значение определяют опытным путем. [c.515] Рост прочности соединений наблюдается также при увеличении длины перекрытия. Однако в этом случае прямой пропорциональной зависимости между f и нет, поскольку края перекрытия несут большую нагрузку, чем середина шва. С увеличением длины перекрытия до определенного предела напряжения в средней части приближаются к нулю, и несущая способность не возрастает. Вместе с тем увеличение длины перекрытия приводит к тому, что малонагруженная середина клеевого шва препятствует проявлению ползучести клеевой прослойки. Так, например, клеевое соединение стеклонаполненного ПК со сталью, осуществленное полиуретановым клеем, при длине перекрытия 5 мм выдерживает напряжение т, равное 0,5 разрушающего Тр, в течение 301-510 ч, в то время как при = 10 мм — 2000 ч [87]. [c.516] Повышение прочности связи между слоями стеклопластика, например, при переходе от контактного формования к прессованию склеиваемых деталей, увеличивает и прочность склеивания. Подобная картина наблюдается и у карбопластиков. [c.517] Для практических расчетов нахлесточных клеевых соединений существуют простые зависимости, связывающие средние разрушающие напряжения х при сдвиге с размерами соединения х = В [(5) / // ]. При конструировании клеевых соединений таких ПМ, как ПЭ и ПП, можно пользоваться эмпирическим соотношением т = Л[(5) / //д] / , где коэффициент Л определяется опытным njrreM. Например, для полученных с помощью эпоксидно-полиамидного клея нахлесточных соединений ПЭ и ПП А соответственно равно 15,4 и 22,5 Н/мм . [c.517] При конструировании соединений необходимо стремиться свести концентрацию напряжений в них к минимуму. Для нахлесточных соединений эта задача может быть решена с помощью некоторых конструктивных приемов. [c.517] Действенным способом уменьшения концентрации напряжений в нахлесточном соединении может быть применение комбинации клеев — эластичного по краям перекрытия и жесткого в его середине [56, с. 246]. В этом случае на кривой распределения напряжений появляются вторичные максимумы на участках, где меняется модуль упругости клеевой прослойки. Однако эти пики напряжений не являются столь высокими и опасными, как напряжения, возникающие при склеивании с помощью лишь одного клея. [c.518] Результаты испытаний склеенных внахлестку образцов боропластика с металлом подтверждают тот факт, что клеевой слой с низким модулем значительно превосходит при комнатной температуре жесткий клеевой слой и лишь немного лучше, чем комбинация этих двух клеевых слоев. Если же учитывать влияние усталости, ползучести или сравнительно высоких температур, то результат может получиться иным. Так, повышение температуры испытания приводит к более равномерному распределению напряжений по длине перекрытия, и клеевые соединения с разной нахлесткой характеризуются одинаковым разрушающим напряжением при сдвиге. [c.518] Разработан способ склеивания прерывистыми швами, при котором клей наносят в виде полосок перпендикулярно действию нагрузки или помещают между деталями в виде перфорированной пленки. Такой способ можно рекомендовать для соединения высокопрочных ПМ. Оптимальная ширина полосок клея 3-5 мм при расстоянии между ними 3 мм, а для перфорированной пленки рекомендуется шахматное расположение перфораций диаметром 3 мм с шагом 5 мм. [c.518] Широко применяемым способом снижения концентрации напряжений в нахлесточном соединении является срезание некоторой части склеиваемого материала [89, с. 36 90], благодаря чему повышается гибкость оставшейся части и вероятность отдира сводится к минимуму. Однако значительный эффект увеличения прочности в результате скашивания концов соединяемых элементов наблюдается лишь при большой длине перекрытия (/ 25 мм). Более того, при склеивании ПП скашивание ведет к снижению прочности соединения при сдвиге при 10 мм и к незначительному ее росту при / 11 мм. [c.518] Вернуться к основной статье