1、第七章 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,鉚接1,一、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。,1按接頭型式分有：搭接縫、單蓋板對接縫 和雙蓋板對接縫。,鉚接具有工藝設備簡單，工藝過程比較容易控制，質(zhì)量穩(wěn)定，鉚接結(jié) 構(gòu)抗振、耐沖擊，連接牢固可靠等特點。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。,2按鉚釘?shù)呐艛?shù)分有：單排、雙排和多排。,鉚 接,鉚縫的結(jié)構(gòu)通常以下面三個方面來分類：,3按鉚縫性能分有：,以強度為基本要求的強固鉚縫。

2、,要求有足夠的強度和足夠緊密性的強密鉚縫。,要求有足夠的緊密性的緊密鉚縫。,圖片說明,鉚接2,鉚 接,鉚釘有空心的和實心的兩大類，且大部分都以標準化。 鉚接分冷鉚和熱鉚。,二、鉚釘?shù)闹饕愋?三、鉚縫的設計要點,各類鉚釘,強度計算主要是材料力學的基本公式。,強度計算時，一般假設： 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。 鉚縫不受彎矩作用。 被鉚件結(jié)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)募魬?，工作擠壓應力都是均 勻分布的。,破壞形式,設計鉚縫時，先根據(jù)鉚縫的破壞形式進行強度計算。,釘桿直徑 d12mm 的鋼制鉚釘，通常是將鉚釘加熱后進行鉚接。 釘桿直徑

3、 d10mm 的鋼制鉚釘和塑性較好的有色金屬、輕金屬及其合金 制成的鉚釘一般在常溫下進行冷鉚。,鉚接3,鉚 接,單排搭接鉚縫的靜強度分析：,取圖中寬度等于垂直與受載方向的釘距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,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。,許用應力,鉚 接,等強度設計 如令上面的F1=F2=F3，由式（7-1）、（7-2）、（7-3）可解出d、t、之間的關系，并按此關系選擇d、t、時，叫做該鉚縫的等強度設計

4、。等強度設計是機械設計中的一項重要原則，從強度觀點來看，根據(jù)這原則所求出的鉚縫是最合理的 ，但結(jié)合到具體實施的便利性，鉚縫的緊密性和其它技術條件的要求，還時常要作一些必要的修正。因此規(guī)范中所規(guī)定的d、t、的關系并不完全與等強度條件符合。 鉚縫的強度系數(shù)強度系數(shù)就是被鉚件被釘孔削弱以后強度與完整時的強度之比。以A代表被鉚件的全部面積，A0代表凈剩面積，則,鉚 接,當鉚釘排數(shù)一定時， 的大小由t與d的比值決定；排數(shù)增多時，t可以取大些，即 可以提高，但是材料及工時增多，結(jié)構(gòu)的質(zhì)量也增大。,焊接1,焊 接,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

5、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。,焊接可分為：,電弧焊、氣焊、電渣焊。,電阻焊、摩擦焊、爆炸焊。,錫焊、銅焊。,原理說明,焊 接,焊接件常用材料及焊條 1、金屬結(jié)構(gòu)件的焊接常用材料Q215、Q235、Q255等2、機械零件的焊接材料Q275、15鋼、20鋼、35鋼、45鋼、50鋼、50Mn、50Mn2、50SiMn2等3、焊條焊條的種類很多，應針對具體要求從手冊中選取。常用的焊條型號為：E4301、E4303、E5001、E500

6、3等。型號中前二位數(shù)字表示熔敷金屬的最低抗拉強度極限，如“43”表示:B430MPa；第三位“0”或“1”表示適用于各種位置的焊接，第四位表示焊條藥皮類型及焊接電源，第三、四位組合時，01表示鈦鐵礦型，03表示鈦鈣型，二者的電源為交流或直流正反接。,焊接2,焊 接,二、電弧焊縫的基本形式,焊接件經(jīng)焊接后形成的結(jié)合部分叫做焊縫。電弧焊常見的焊縫有： 對接焊縫和角焊縫兩類。,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,2搭接角焊縫,通常正面角焊

7、縫只用來承受拉力；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。,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；,焊縫形式,破壞形式,破壞形式,焊 接,不對稱側(cè)面角焊縫及混合角焊縫的強度計算 1）當焊接結(jié)構(gòu)中有角鋼等構(gòu)件時，因外力F的作用線應通過角鋼截面的形心c，作用線在焊接平面上的投影線與兩側(cè)面焊縫間的距離不等（即a不等于b），故兩側(cè)焊縫受力亦不等，因而對這種焊接結(jié)構(gòu)應設計成不對稱側(cè)面角焊縫來承受外載荷。設兩側(cè)面焊縫分別承擔的載荷為F1及F2.,焊 接,當

8、混合角焊縫受彎矩時，可按“力矩獨立作用原理”來進行計算，即作用在對稱側(cè)面角焊縫上的力矩（由兩側(cè)面焊縫產(chǎn)生的力偶矩來平衡）為： 作用在正面角焊縫上的力矩（有焊縫危險截面模擬的承擔彎矩，即取其抗彎截面承受切應力）為： 則由M=M1+M2,強度校核公示為： 設計混合角焊縫時，取k=,即可有上式求出所需焊縫長度l.,焊 接,焊縫的許用應力是隨這焊接方法、焊條和被焊件的力學性能及載荷性質(zhì)等而定。注意，選擇許用應力時，必須根據(jù)各行業(yè)的規(guī)范或規(guī)程取定。當焊接件承受變載荷時，焊縫及被焊件的許用應力均應乘以降低系數(shù) Fmin、Fmax按絕對值計算的最小及最大載荷。 a、b系數(shù),1焊縫應按被焊件厚度制成相應坡口，

9、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；,焊接3,五、焊接件的工藝及設計注意要點,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條件，并在焊后仔細進行質(zhì)量檢驗。,

10、焊 接,坡口形式,六、焊接在機器零件中的應用,焊 接,焊接4,焊接的減速箱體,焊接的齒輪結(jié)構(gòu),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 技術的應用日益廣泛。 在技術革新、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。,膠接1,膠 接,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的連接， 利用膠粘劑凝固后出現(xiàn)的粘附力來傳遞載荷

11、。,膠粘劑的品種繁多，通常按其使用目的分為三類：結(jié)構(gòu)膠粘劑、非結(jié) 構(gòu)膠粘劑和其它膠粘劑。在機械制造中常用的是結(jié)構(gòu)膠粘劑中的環(huán)氧樹脂 膠粘劑、酚醛樹脂膠粘劑等。,二、膠粘劑,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。,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。,三、膠接接頭的結(jié)構(gòu)形式及受力狀況,與焊接相同，膠接接頭分為對接、搭接和角接頭三種。,詳細說明,受力形式,膠接的應用實例,膠 接,、結(jié)構(gòu)膠粘劑在常溫下的抗剪強度一般不低于8MPa，經(jīng)受一般高低溫或化學的作用不降低其性能。例如：酚醛縮醛有機硅膠粘劑、環(huán)氧酚醛膠粘

12、劑和環(huán)氧有機硅膠粘劑等。這些也是目前在機械結(jié)構(gòu)最為常用的膠粘劑。 、非結(jié)構(gòu)膠粘劑正常使用時有一定的膠接強度，但在受到高溫或重載時，性能迅速下降。例如：聚氨酯膠粘劑和酚醛氯丁橡膠膠粘劑等。 、其它膠粘劑即具有特殊用途（如防銹、絕緣、導電、透明、超高溫、超低溫、耐酸、耐堿等）的膠粘劑。例如：環(huán)氧導電膠粘劑和環(huán)氧超低溫膠粘劑等。 膠粘劑的主要性能是：膠接強度，包括耐熱性、耐介質(zhì)性、耐老化性； 固化條件，包括溫度、壓力、保持時間；工藝性能，包括涂布性、流動性、有效貯存期。各種膠粘劑的性能數(shù)據(jù)可查有關手冊。,膠接2,膠 接,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。,四、膠接的特點,與

13、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；,過盈連接1,過盈連接,一、過盈連接的特點及應用,過盈連接是利用被連件間的過盈配合直接把被連接件連接在一起。,過盈連接的優(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。,主要缺點：裝配困難和對配合尺寸的精度要求較高。,過盈連接主要用于軸與轂、輪圈與輪芯、滾動軸承的裝配連接。,二、過盈連接的工作原理及裝配方法,當配合面為

14、圓柱面時，可采用壓入法或溫差法(加熱包容件或冷卻被包容件)裝配。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。,裝配后包容件和被包容件的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。,過盈連接,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：, 選擇具有所需要的承載能力的配合；, 安排合理的結(jié)構(gòu)；, 確定對零件配合表面的工藝要求；, 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，

15、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。,過盈連接2,應用實例,過盈連接3,過盈連接,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。,五、過盈連接的設計計算,過盈連接主要用以承受軸向力、傳遞轉(zhuǎn)矩，或者同時承受以上兩種載荷。 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：,在已知載荷的條

16、件下，計算配合面間所需產(chǎn)生的壓力和產(chǎn)生這個壓力所需的 最小過盈量；,在選定的標準過盈配合下，校核連接諸零件在最大過盈量時的強度。,詳細說明,過盈連接的強度計算 過盈連接的強度包括兩方面，即連接的強度及連接零件本身的強度。由于按照上述方法選出的標準過盈配合已能產(chǎn)生所需的徑向壓力，即已能保證連接的強度。所以只討論連接零件本身的強度問題。 過盈連接零件本身的強度，可按材料力學的厚壁圓筒強度計算方法進行校核，當壓力p一定時，連接零件中的應力大小及分布情況見圖。首先按所選的標準過盈配合種類查算出最大過盈量max,在求出最大徑向壓力即：,過盈連接,過盈連接,當包容件（被包容件）為脆性材料，其主要破壞形式是包容件內(nèi)