第7章械設(shè)計(jì)課件鉚焊膠接過盈連接

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過盈連接湖南科技大學(xué)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(yù)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(qiáng)度要求——滿足強(qiáng)度和緊密性要求——滿足緊密性要求的。搭接縫單蓋板對(duì)接縫雙蓋板對(duì)接縫按鉚釘排數(shù)分單排多排強(qiáng)固鉚縫強(qiáng)密鉚縫緊密鉚縫潘存云教授研制潘存云教授研制湖南科技大學(xué)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(yù)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(qiáng)度要求——滿足強(qiáng)度和緊密性要求——滿足緊密性要求的。搭接縫單蓋板對(duì)接縫雙蓋板對(duì)接縫按鉚釘排數(shù)分單排多排強(qiáng)固鉚縫強(qiáng)密鉚縫緊密鉚縫潘存云教授研制潘存云教授研制湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授鉚釘有空心的和實(shí)心的兩大類，且大部分都以標(biāo)準(zhǔn)化。（GB863.1—86、GB876—86）。二、鉚釘?shù)闹饕愋秃蜆?biāo)準(zhǔn)在設(shè)計(jì)鉚接結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用已標(biāo)準(zhǔn)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湖南科技大學(xué)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(diǎn)：因此，在承受嚴(yán)重沖擊和振動(dòng)載荷的金屬結(jié)構(gòu)的連接中，如橋梁、建筑、造船、重型機(jī)械及飛機(jī)制造等工業(yè)部門中得到應(yīng)用?！に囘^程比較容易控制，質(zhì)量穩(wěn)定▲工藝設(shè)備簡(jiǎn)單▲鉚接結(jié)構(gòu)抗振、耐沖擊，連接牢固可靠湖南科技大學(xué)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湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授四、鉚縫的設(shè)計(jì)要點(diǎn)強(qiáng)度計(jì)算主要是材料力學(xué)的基本公式。強(qiáng)度計(jì)算的假設(shè)前提：▲連接的橫向力F通過鉚釘組形心，一組鉚釘中各個(gè)鉚釘受力均等設(shè)計(jì)鉚縫時(shí)，先根據(jù)鉚縫的破壞形式進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算?！T縫不受彎矩作用▲被鉚件接合面摩擦力略去不計(jì)▲被鉚件危險(xiǎn)剖面上的拉(壓)應(yīng)力，鉚釘?shù)那袘?yīng)力，工作擠壓應(yīng)力都是均勻分布的湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授單排搭接鉚縫的靜強(qiáng)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(jìn)行計(jì)算。（1）由被鉚件的拉伸強(qiáng)度確定的鉚縫承受的靜載荷：（2）由被鉚件上孔壁的擠壓強(qiáng)度確定的被鉚件能承受的靜載荷：（3）由鉚釘?shù)募羟袕?qiáng)度確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(shè)：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湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授組成強(qiáng)固鉚縫各元件的靜載荷許用應(yīng)力許用應(yīng)力/MPa說明元件材料Q235Q255被鉚件許用拉應(yīng)力[σ]200210被鉚件許用擠應(yīng)力[σp]400420采用沖孔或各被鉚件分開鉆而不用樣板時(shí)，[σ]、[σp]

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

[τ]——許用剪切應(yīng)力。湖南科技大學(xué)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，且焊接結(jié)構(gòu)的成本低，應(yīng)用很廣。在機(jī)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?！娮韬浮⒛Σ梁?、爆炸焊?！a焊、銅焊。§7－2焊接接焊接發(fā)電機(jī)工件1焊槍、焊條搭鐵利用電焊機(jī)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。湖南科技大學(xué)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(duì)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(duì)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湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授在機(jī)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(duì)接焊縫

對(duì)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(duì)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湖南科技大學(xué)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(shí)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湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授1．焊縫應(yīng)按被焊件厚度制成相應(yīng)坡口，或進(jìn)行一般的側(cè)棱、修邊工藝。在焊接前，應(yīng)對(duì)坡口進(jìn)行清洗整理；五、焊接件的工藝及設(shè)計(jì)注意要點(diǎn)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湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授2．在滿足強(qiáng)度條件下，焊縫的長(zhǎng)度應(yīng)按實(shí)際結(jié)構(gòu)的情況盡可能地取得短些或分段進(jìn)行焊接，并應(yīng)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(shí)能有微小自由移動(dòng)的可能；4．焊縫在焊后應(yīng)經(jīng)熱處理（如退火），消除殘余應(yīng)力；5．在焊接厚度不同的對(duì)接板件時(shí)，應(yīng)使對(duì)接部位厚度一致，以利于焊縫金屬均勻熔化；6．設(shè)計(jì)焊接件時(shí)，注意恰當(dāng)選擇母體材料和焊條；7．合理布置焊縫及長(zhǎng)度；8．對(duì)于那些有強(qiáng)度要求的重要焊縫，必須按照有關(guān)行業(yè)的強(qiáng)度規(guī)范進(jìn)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(xì)進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授六、焊接在機(jī)器零件中的應(yīng)用由于焊接具有強(qiáng)度高、工藝簡(jiǎn)單、因連接而增加的質(zhì)量小等特點(diǎn)，焊接技術(shù)的應(yīng)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(jī)架等，一般比較經(jīng)濟(jì)。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(jī)座、機(jī)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湖南科技大學(xué)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(qiáng)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?！?－3膠接應(yīng)用實(shí)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湖南科技大學(xué)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(jī)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(qiáng)度一般不低于80MPa，能經(jīng)受一般高、低溫或化學(xué)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)膠粘劑其它膠粘劑湖南科技大學(xué)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(dǎo)電、透明、超高溫、超低溫、耐酸堿等。品種有：環(huán)氧導(dǎo)電膠粘劑；環(huán)氧超低溫膠粘劑。正常使用時(shí)有一定的膠結(jié)強(qiáng)度，但在受到高溫或重載時(shí)，性能迅速下降。湖南科技大學(xué)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(duì)接、搭接和角接頭三種。主要性能：膠接強(qiáng)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(shí)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(shí)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。湖南科技大學(xué)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湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授剪切四、膠接接頭的受力狀況實(shí)踐表明，膠接接頭的抗剪切及抗拉伸能力強(qiáng)，抗剝離和扯離能力弱。設(shè)計(jì)接頭時(shí)應(yīng)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扯離湖南科技大學(xué)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(jī)械或化學(xué)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(dāng)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(yàn)，常用方法有：（5）按一定條件進(jìn)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(shí)間等因素?！暡ㄌ絺派渫凰?cái)z影▲激光全息攝影

▲

X光探傷湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授▲膠接件的缺陷有時(shí)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(diǎn)與鉚接、焊接相比，膠接的主要優(yōu)點(diǎn)主要缺點(diǎn)：▲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(yīng)力集中小，故耐疲勞性能好▲抗剝離、抗彎曲及抗沖擊振動(dòng)性能差▲耐老化及耐介質(zhì)(如酸、堿等)性能差▲膠粘劑對(duì)溫度變化敏感，影響膠接強(qiáng)度湖南科技大學(xué)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(shè)計(jì)要點(diǎn)▲針對(duì)工作要求正確選擇粘結(jié)劑▲合理選擇接頭形式▲恰當(dāng)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(yīng)力集中，如板材端部切成斜角▲當(dāng)有較大沖擊、振動(dòng)時(shí)，應(yīng)在膠接面之間增加玻璃布層等緩沖材料湖南科技大學(xué)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(diǎn)及應(yīng)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(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單、定心性好、承載能力高，在振動(dòng)下能可靠地工作。缺點(diǎn)：裝配困難和對(duì)配合尺寸的精度要求較高。應(yīng)用：主要用于輪圈與輪芯、軸與轂、滾動(dòng)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湖南科技大學(xué)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(shí)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(shí)載荷就靠著相伴而生的摩擦力來傳遞。壓入法溫差法當(dāng)配合面為圓柱面時(shí)，當(dāng)其他條件相同時(shí)，用溫差法能獲得較高的摩擦力或力矩，因?yàn)樗幌駢喝敕菢訒?huì)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。湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授三、圓柱面過盈連接

設(shè)計(jì)這種過盈連接時(shí)，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(shè)計(jì)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(duì)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(qiáng)度。選擇配合時(shí)，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(duì)滑動(dòng)，又要注意到零件在裝配應(yīng)力下不致?lián)p壞。湖南科技大學(xué)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(jī)床主軸的軸端上應(yīng)用很普遍。裝配時(shí)，借助轉(zhuǎn)動(dòng)端螺母并通過壓板施力使輪轂作微量軸向移動(dòng)以實(shí)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(duì)配合面的接觸精度要求較高。潘存云教授研制湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授潘存云教授研制Fp五、過盈連接的設(shè)計(jì)計(jì)算

過盈連接的主要用來承受軸向力、傳遞扭矩、或者同時(shí)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(jì)算：(2)若選定了標(biāo)準(zhǔn)的過盈配合，校核連接件在最大過盈量時(shí)的強(qiáng)度。(1)已知載荷時(shí)，配合面需要多大的徑向壓力？以及產(chǎn)生這個(gè)壓力需要多大的過盈量？1.配合面所需壓力的計(jì)算(1)傳遞軸向載荷時(shí)要求連接件在軸向載荷F的作用下，不產(chǎn)生軸向滑移。p湖南科技大學(xué)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(shí)∵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(zhǎng)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湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授(3)同時(shí)承受軸向載荷與扭矩時(shí)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(yīng)滿足：2.最小有效過盈量δmin的計(jì)算由材料力學(xué)的有關(guān)知識(shí)可知，在壓力為p時(shí)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湖南科技大學(xué)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(dāng)采用溫差法裝配時(shí)，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(diǎn)高度，單位為:μm。當(dāng)采用壓入法裝配時(shí)，考慮配合表面的微觀峰尖將被擦去或壓平一部分，這時(shí)最小過盈量為根據(jù)計(jì)算得到的最小有效過盈量δmin

選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的盈量配合代號(hào)。應(yīng)注意盡量選擇優(yōu)先配合代號(hào)。最小過盈：

δmin=孔max-軸m