機械設計第7章鉚焊膠接過盈連接

第7章鉚接、焊接、膠接和過盈連接§7－1鉚接§7－2焊接§7－3膠接§7－4過盈連接廣西工學院專用作者：潘存云教授§7－1鉚接一、概述

鉚接是將鉚釘穿過被連接件的預制孔中經(jīng)鉚合而成的連接方式。其連接部分稱為鉚縫。鉚縫的結(jié)構(gòu)分類：分類按接頭型式分雙排按鉚縫性能分——滿足強度要求——滿足強度和緊密性要求——滿足緊密性要求的。搭接縫單蓋板對接縫雙蓋板對接縫按鉚釘排數(shù)分單排多排強固鉚縫強密鉚縫緊密鉚縫潘存云教授研制潘存云教授研制廣西工學院專用作者：潘存云教授潘存云教授研制§7－1鉚接一、概述

鉚接是將鉚釘穿過被連接件的預制孔中經(jīng)鉚合而成的連接方式。其連接部分稱為鉚縫。鉚縫的結(jié)構(gòu)分類：分類按接頭型式分雙排按鉚縫性能分——滿足強度要求——滿足強度和緊密性要求——滿足緊密性要求的。搭接縫單蓋板對接縫雙蓋板對接縫按鉚釘排數(shù)分單排多排強固鉚縫強密鉚縫緊密鉚縫潘存云教授研制潘存云教授研制廣西工學院專用作者：潘存云教授鉚釘有空心的和實心的兩大類，且大部分都以標準化。（GB863.1—86、GB876—86）。二、鉚釘?shù)闹饕愋秃蜆藴试谠O計鉚接結(jié)構(gòu)時應優(yōu)先選用已標準化的鉚釘。鉚釘頭的結(jié)構(gòu)：

潘存云教授研制潘存云教授研制鉚接后的結(jié)構(gòu)：

潘存云教授研制潘存云教授研制廣西工學院專用作者：潘存云教授熱鉚接——直徑d≥12mm

的鋼制鉚釘；鉚接工藝分冷鉚和熱鉚：冷鉚接——直徑d＜12mm

的鋼制鉚釘、塑性較好的有色金屬及其合金制成的鉚釘。特點：因此，在承受嚴重沖擊和振動載荷的金屬結(jié)構(gòu)的連接中，如橋梁、建筑、造船、重型機械及飛機制造等工業(yè)部門中得到應用。▲工藝過程比較容易控制，質(zhì)量穩(wěn)定▲工藝設備簡單▲鉚接結(jié)構(gòu)抗振、耐沖擊，連接牢固可靠廣西工學院專用作者：潘存云教授三、鉚縫的受力與破壞形式潘存云教授研制FF潘存云教授研制潘存云教授研制FF潘存云教授研制FF潘存云教授研制潘存云教授研制FF潘存云教授研制FF剪斷壓潰板邊剪壞拉斷撕裂廣西工學院專用作者：潘存云教授四、鉚縫的設計要點強度計算主要是材料力學的基本公式。強度計算的假設前提：▲連接的橫向力F通過鉚釘組形心，一組鉚釘中各個鉚釘受力均等設計鉚縫時，先根據(jù)鉚縫的破壞形式進行強度計算。▲鉚縫不受彎矩作用▲被鉚件接合面摩擦力略去不計▲被鉚件危險剖面上的拉(壓)應力，鉚釘?shù)那袘?，工作擠壓應力都是均勻分布的廣西工學院專用作者：潘存云教授單排搭接鉚縫的靜強度分析：取圖中寬度等于垂直于受載方向的釘距t的陰影部分進行計算。（1）由被鉚件的拉伸強度確定的鉚縫承受的靜載荷：（2）由被鉚件上孔壁的擠壓強度確定的被鉚件能承受的靜載荷：（3）由鉚釘?shù)募羟袕姸却_定的鉚釘能承受的靜載荷：δδ潘存云教授研制d潘存云教授研制t

e設：e——邊距；t——節(jié)距；

δ——板厚；d——鉚釘直徑；

F—陰影部分載荷。(t-d)δ為板的截面積dδ為擠壓面積πd2/4為鉚釘截面積FFFF廣西工學院專用作者：潘存云教授組成強固鉚縫各元件的靜載荷許用應力許用應力/MPa說明元件材料Q235Q255被鉚件許用拉應力[σ]200210被鉚件許用擠應力[σp]400420采用沖孔或各被鉚件分開鉆而不用樣板時，[σ]、[σp]

降低20%；角鋼單邊鉚接時，各許用應力降低25%。被鉚件許用切應力[τ]180180Q215對于一般的強固鉚縫，上述式中的許用應力可根據(jù)組成鉚縫各元件的材料選取。式中：[σ]——許用拉應力;[σp]——許用擠壓應力；

[τ]——許用剪切應力。廣西工學院專用作者：潘存云教授潘存云教授研制工件2焊接是利用局部加熱(或加壓)的方法使被連接件接頭處的材料熔融連接成一體。一、概述與鉚接相比較，焊接結(jié)構(gòu)重量輕，節(jié)約金屬材料，施工方便，生產(chǎn)率高，易實現(xiàn)自動化，且焊接結(jié)構(gòu)的成本低，應用很廣。在機械制造中最常用的是電弧焊。電弧焊是利用焊條與焊件間產(chǎn)生電弧熱將金屬加熱并熔化的焊接方法。分類：熔化焊壓力焊釬焊——電弧焊、氣焊、電渣焊。——電阻焊、摩擦焊、爆炸焊?！a焊、銅焊?！?－2焊接接焊接發(fā)電機工件1焊槍、焊條搭鐵利用電焊機的低壓電流，通過電焊條與被焊件之間形成的電路，在兩極間引起電弧，融化被焊部分的金屬和焊條，使熔融的金屬混合并填充接縫面而形成焊縫。廣西工學院專用作者：潘存云教授潘存云教授研制潘存云教授研制二、電弧焊縫的基本形式焊縫——焊接件經(jīng)焊接后形成的結(jié)合部分。工件2工件1電弧焊常見的焊縫形式：角焊縫——兩被焊件不在同一平面內(nèi)；對接焊縫——兩被焊件在同一平面內(nèi)；潘存云教授研制正接角焊縫潘存云教授研制搭接角焊縫榫頭式潘存云教授研制單面式雙面式V型焊縫封底焊縫對接角焊縫潘存云教授研制潘存云教授研制卷邊焊縫塞焊縫焊縫廣西工學院專用作者：潘存云教授在機械制造中，最常用的被焊件材料是低碳鋼和低合金鋼(如Q215、Q235、15、20、16Mn等)。焊條的材料最好與被焊件的材料相同。三、焊接件常用材料四、焊縫的受力及破壞形式1．對接焊縫

對接焊縫主要用來承受作用于被焊件所在平面內(nèi)的拉（壓）力或彎矩，對接焊縫的破壞形式是沿焊縫斷裂；FFlδlδ潘存云教授研制δlFF潘存云教授研制潘存云教授研制lFF廣西工學院專用作者：潘存云教授2．搭接角焊縫按受力方向分為:正面角焊縫側(cè)面角焊縫混合角焊縫受力方向與焊縫垂直；正面角焊縫通常只用來承受拉力;受力方向與焊縫平行；受力與焊縫成一角度；側(cè)面角焊縫和混合角焊縫可用來承受拉力或彎矩。實踐證明，在靜載荷作用下，搭接角焊縫的破裂通常從沿著與垂直平分線重合的最小剖面上開始。k

u≥4δ

潘存云教授研制lA—AA

AFFB—B潘存云教授研制hFF正面角焊縫側(cè)面角焊縫MM潘存云教授研制hLkkA

ABBkkBB廣西工學院專用作者：潘存云教授1．焊縫應按被焊件厚度制成相應坡口，或進行一般的側(cè)棱、修邊工藝。在焊接前，應對坡口進行清洗整理；五、焊接件的工藝及設計注意要點潘存云教授研制0~15≤55~4070?

70?

潘存云教授研制20~5020~50潘存云教授研制

≥50坡口型式及適用的焊件厚度:35~45?

2~42~312~402~42~3廣西工學院專用作者：潘存云教授2．在滿足強度條件下，焊縫的長度應按實際結(jié)構(gòu)的情況盡可能地取得短些或分段進行焊接，并應避免焊縫交叉；3．在焊接工藝上采取措施，使構(gòu)件在冷卻時能有微小自由移動的可能；4．焊縫在焊后應經(jīng)熱處理（如退火），消除殘余應力；5．在焊接厚度不同的對接板件時，應使對接部位厚度一致，以利于焊縫金屬均勻熔化；6．設計焊接件時，注意恰當選擇母體材料和焊條；7．合理布置焊縫及長度；8．對于那些有強度要求的重要焊縫，必須按照有關(guān)行業(yè)的強度規(guī)范進行焊縫尺寸校核，明確工藝要求和技術(shù)條件，并在焊后仔細進行質(zhì)量檢驗。廣西工學院專用作者：潘存云教授六、焊接在機器零件中的應用由于焊接具有強度高、工藝簡單、因連接而增加的質(zhì)量小等特點，焊接技術(shù)的應用日益廣泛。在技術(shù)革新、單件生產(chǎn)、新產(chǎn)品試制等情況下，采用焊接制造箱體、機架等，一般比較經(jīng)濟。隨著焊接技術(shù)的發(fā)展，許多零件已改變了它們的傳統(tǒng)制造方法。一向是鑄造出的機座、機殼、大齒輪等零件，已有很大一部分改用了焊接。焊接齒輪潘存云教授研制潘存云教授研制廣西工學院專用作者：潘存云教授潘存云教授研制膠接用于木材由來已久。隨著新型膠粘劑的發(fā)展，膠接在金屬構(gòu)件的連接中也日漸增多。一、概述膠接是用膠粘劑直接把被連接件連接在一起且具有一定強度且不可拆卸的連接，利用膠粘劑凝固后出現(xiàn)的粘附力來傳遞載荷。§7－3膠接應用實例：膠接組合蝸輪潘存云教授研制潘存云教授研制螺紋接套與管件膠接蜂窩結(jié)構(gòu)填料潘存云教授研制蒙皮與型材膠接廣西工學院專用作者：潘存云教授膠粘劑的品種繁多，通常按其使用目的分為三類：二、膠粘劑結(jié)構(gòu)膠粘劑在機械制造中常用的結(jié)構(gòu)膠粘劑有如下兩種：環(huán)氧樹脂膠粘劑；酚醛樹脂膠粘劑。種類（1）結(jié)構(gòu)膠粘劑在常溫下的抗剪強度一般不低于80MPa，能經(jīng)受一般高、低溫或化學作用，而不降低其性能，膠接件能承受較大的載荷。非結(jié)構(gòu)膠粘劑其它膠粘劑廣西工學院專用作者：潘存云教授（2）非結(jié)構(gòu)膠粘劑常用的品種有：聚胺脂膠粘劑；酚醛-氯丁橡膠膠粘劑。(３)其它膠粘劑具有特殊用途的膠粘劑，例如：防銹、絕緣、導電、透明、超高溫、超低溫、耐酸堿等。品種有：環(huán)氧導電膠粘劑；環(huán)氧超低溫膠粘劑。正常使用時有一定的膠結(jié)強度，但在受到高溫或重載時，性能迅速下降。廣西工學院專用作者：潘存云教授三、膠接接頭的結(jié)構(gòu)形式與焊接相同，膠接接頭分為對接、搭接和角接頭三種。主要性能：膠接強度——耐熱性、耐介質(zhì)性、耐老化性等；固化條件——溫度、壓力、保持時間等。選用原則：根據(jù)膠接件的使用要求及環(huán)境條件等選擇綜合性能良好的膠粘劑。影響粘接劑性能的因素：膠接件的材料、環(huán)境溫度、膠層厚度、工作時間、工藝水平等。膠接工件材料有：各種碳鋼、合金鋼、鋁、鎂、鈦等合金、玻璃、陶瓷等。廣西工學院專用作者：潘存云教授圓柱形接頭板件接頭錐形及盲孔接頭角接頭潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制廣西工學院專用作者：潘存云教授剪切四、膠接接頭的受力狀況實踐表明，膠接接頭的抗剪切及抗拉伸能力強，抗剝離和扯離能力弱。設計接頭時應盡可能使接頭承受剪切或拉伸載荷。拉伸剝離潘存云教授研制潘存云教授研制FF潘存云教授研制FF潘存云教授研制FF潘存云教授研制FF扯離廣西工學院專用作者：潘存云教授（4）清除表面多余的膠粘劑；五、膠接的基本工藝過程（1）清除膠接件表面的油污或氧化層；方法有機械或化學處理（2）按配方比例配制膠粘劑；大多數(shù)膠都是多祖分的

（3）采用適當方法涂膠（如噴涂、刷涂等），保證厚薄合適、均勻無缺、無氣泡；（6）質(zhì)量檢驗，常用方法有：（5）按一定條件進行固化；要綜合考慮使用要求、接頭形式、接頭面積、溫度、壓力、時間等因素?！暡ㄌ絺派渫凰財z影▲激光全息攝影

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X光探傷廣西工學院專用作者：潘存云教授▲膠接件的缺陷有時不易發(fā)現(xiàn)▲有良好的密封性、絕緣性和防腐性六、膠接的特點與鉚接、焊接相比，膠接的主要優(yōu)點主要缺點：▲連接件的材料范圍寬廣▲連接后的重量輕，材料的利用率高▲成本低▲在全部膠接面上應力集中小，故耐疲勞性能好▲抗剝離、抗彎曲及抗沖擊振動性能差▲耐老化及耐介質(zhì)(如酸、堿等)性能差▲膠粘劑對溫度變化敏感，影響膠接強度廣西工學院專用作者：潘存云教授▲從結(jié)構(gòu)上采取防止剝離的措施七、膠接接頭的設計要點▲針對工作要求正確選擇粘結(jié)劑▲合理選擇接頭形式▲恰當選擇工藝參數(shù)▲充分利用膠縫的承載特性，盡可能使膠縫承受剪切和拉伸載荷，而避免承受扯離，特別是剝離載荷，不宜采用膠接接頭▲減少膠縫處的應力集中，如板材端部切成斜角▲當有較大沖擊、振動時，應在膠接面之間增加玻璃布層等緩沖材料廣西工學院專用作者：潘存云教授潘存云教授研制潘存云教授研制一、過盈連接的特點及應用

作用：

過盈連接是利用被聯(lián)件間的過盈配合直接把被連接件連接在一起。優(yōu)點：構(gòu)造簡單、定心性好、承載能力高，在振動下能可靠地工作。缺點：裝配困難和對配合尺寸的精度要求較高。應用：主要用于輪圈與輪芯、軸與轂、滾動軸承的裝配連接?！?－4過盈連接潘存云教授研制AAA-A曲軸過盈連接組件d廣西工學院專用作者：潘存云教授裝配方法：

二、過盈連接的工作原理及裝配方法工作原理：孔與軸配合中，軸的實際尺寸大于孔，兩者裝配后產(chǎn)生徑向變形使配合面間產(chǎn)生了很大的壓力，工作時載荷就靠著相伴而生的摩擦力來傳遞。壓入法溫差法當配合面為圓柱面時，當其他條件相同時，用溫差法能獲得較高的摩擦力或力矩，因為它不像壓入法那樣會擦傷配合表面。冷卻被包容件加熱包容件潘存云教授研制軸的尺寸減去孔的尺寸稱為過盈量。廣西工學院專用作者：潘存云教授三、圓柱面過盈連接

設計這種過盈連接時，被連接件的材料、構(gòu)造和尺寸一般都已初步確定，連接的載荷也已求得。因此，設計的主要問題是：⒈選擇具有所需要的承載能力的配合；⒉安排合理的結(jié)構(gòu)；⒊確定對零件配合表面的工藝要求；⒋決定裝配方法和提出裝配要求等。過盈連接的承載能力取決于連接的摩擦力或力矩和連接中各零件的強度。選擇配合時，既要使連接具有足夠的固持力以保證在載荷作用下不發(fā)生相對滑動，又要注意到零件在裝配應力下不致?lián)p壞。廣西工學院專用作者：潘存云教授四、圓錐面過盈連接圓錐面過盈連接在機床主軸的軸端上應用很普遍。裝配時，借助轉(zhuǎn)動端螺母并通過壓板施力使輪轂作微量軸向移動以實現(xiàn)過盈連接。這種連接定心性好，便于裝拆，壓緊程度也易于調(diào)整。采用這種連接，配合表面不宜擦傷，能傳遞更大的載荷，尤其是適用于大型被連接件，但對配合面的接觸精度要求較高。潘存云教授研制廣西工學院專用作者：潘存云教授潘存云教授研制Fp五、過盈連接的設計計算

過盈連接的主要用來承受軸向力、傳遞扭矩、或者同時承受這兩種載荷。為了保證過盈連接的工作能力，須作以下兩方面的分析計算：(2)若選定了標準的過盈配合，校核連接件在最大過盈量時的強度。(1)已知載荷時，配合面需要多大的徑向壓力？以及產(chǎn)生這個壓力需要多大的過盈量？1.配合面所需壓力的計算(1)傳遞軸向載荷時要求連接件在軸向載荷F的作用下，不產(chǎn)生軸向滑移。p廣西工學院專用作者：潘存云教授潘存云教授研制潘存云教授研制FldF正常工作條件：(2)傳遞扭矩時∵摩擦力：

Ff=πdlpf軸向摩擦阻力〉外載荷其中：p——徑向壓力；∴

p≥F/πdlpf

d——配合面公稱直徑；l——配合面長度；f——摩擦系數(shù)。詳見教材表7-5dppMf

T要求連接件在扭矩T的作用下，不產(chǎn)生周向滑移。即：Mf

>T∵摩擦力矩：

Mf=πl(wèi)pfd/2∴

p≥2T/πd2lpf

d1

d2廣西工學院專用作者：潘存云教授(3)同時承受軸向載荷與扭矩時要求連接件沿軸向和周向都不能產(chǎn)生滑移。徑向壓力p應滿足：2.最小有效過盈量δmin的計算由材料力學的有關(guān)知識可知，在壓力為p時最小過盈量為：C1——被包容件的剛性系數(shù):其中：E1、E2——被包容件和包容件材料的彈性系數(shù)；C2——包容件的剛性系數(shù):潘存云教授研制dd1

d2廣西工學院專用作者：潘存云教授μ1

μ2——分別為被包容件和包容件的泊松比；

當采用溫差法裝配時，最小有效過盈量Rz1、Rz1

—分別為被包容件和包容件配合表面上微觀不平度的十點高度，單位為:μm。當采用壓入法裝配時，考慮配合表面的微觀峰尖將被擦去或壓平一部分，這時最小過盈量為根據(jù)計算得到的最小有效過盈量δmin

選擇一個標準的盈量配合代號。應注意盡量選擇優(yōu)先配合代號。最小過盈：

δmin=孔max-軸mi