第七章 铆接、焊接、胶接和过盈连接.ppt

1、第七章 铆接、焊接、胶接和过盈连接,7-1 铆接,7-2 焊接,7-3 胶接,7-4 过盈连接,铆接1,一、概述,铆接是将铆钉穿过被连接件的预制孔中经 铆合而成的连接方式。其连接部分称为铆缝。,1按接头型式分有：搭接缝、单盖板对接缝 和双盖板对接缝。,铆接具有工艺设备简单，工艺过程比较容易控制，质量稳定，铆接结 构抗振、耐冲击，连接牢固可靠等特点。因此，在承受严重冲击和振动载 荷的金属结构的连接中，如桥梁、建筑、造船、重型机械及飞机制造等工 业部门中得到应用。,2按铆钉的排数分有：单排、双排和多排。,铆 接,铆缝的结构通常以下面三个方面来分类：,3按铆缝性能分有：,以强度为基本要求的强固铆缝。

2、,要求有足够的强度和足够紧密性的强密铆缝。,要求有足够的紧密性的紧密铆缝。,图片说明,铆接2,铆 接,铆钉有空心的和实心的两大类，且大部分都以标准化。 铆接分冷铆和热铆。,二、铆钉的主要类型,三、铆缝的设计要点,各类铆钉,强度计算主要是材料力学的基本公式。,强度计算时，一般假设： 连接的横向力F通过铆钉组形心，一组铆钉中各个铆钉受力均等。 铆缝不受弯矩作用。 被铆件结合面摩擦力略去不计。 被铆件危险剖面上的拉(压)应力，铆钉的剪应力，工作挤压应力都是均 匀分布的。,破坏形式,设计铆缝时，先根据铆缝的破坏形式进行强度计算。,钉杆直径 d12mm 的钢制铆钉，通常是将铆钉加热后进行铆接。 钉杆直径

3、 d10mm 的钢制铆钉和塑性较好的有色金属、轻金属及其合金 制成的铆钉一般在常温下进行冷铆。,铆接3,铆 接,单排搭接铆缝的静强度分析：,取图中宽度等于垂直与受载方向的钉距t的阴影部分进行计算。,（1）由被铆件的拉伸强度确定的铆缝 承受的静载荷,（2）由被铆件上孔壁的挤压强度确定 的被铆件能承受的静载荷,（3）由铆钉的剪切强度确定的铆钉能 承受的静载荷,对于一般的强固铆缝，上述式中的许用应力可根据组成铆缝各元件的材料选取。,许用应力,铆 接,等强度设计 如令上面的F1=F2=F3，由式（7-1）、（7-2）、（7-3）可解出d、t、之间的关系，并按此关系选择d、t、时，叫做该铆缝的等强度设计

4、。等强度设计是机械设计中的一项重要原则，从强度观点来看，根据这原则所求出的铆缝是最合理的 ，但结合到具体实施的便利性，铆缝的紧密性和其它技术条件的要求，还时常要作一些必要的修正。因此规范中所规定的d、t、的关系并不完全与等强度条件符合。 铆缝的强度系数强度系数就是被铆件被钉孔削弱以后强度与完整时的强度之比。以A代表被铆件的全部面积，A0代表净剩面积，则,铆 接,当铆钉排数一定时， 的大小由t与d的比值决定；排数增多时，t可以取大些，即 可以提高，但是材料及工时增多，结构的质量也增大。,焊接1,焊 接,焊接是利用局部加热(或加压)的方法使被连接件接头处的材料熔融连接成一体。,一、概述,与铆接相比

5、较，焊接结构重量轻，节约金属材料，施工方便，生产率高， 易实现自动化，且焊接结构的成本低，应用很广。,在机械制造中最常用的是电弧焊。电弧焊是 利用焊条与焊件间产生电弧热将金属加热并熔化 的焊接方法。,焊接可分为：,电弧焊、气焊、电渣焊。,电阻焊、摩擦焊、爆炸焊。,锡焊、铜焊。,原理说明,焊 接,焊接件常用材料及焊条 1、金属结构件的焊接常用材料Q215、Q235、Q255等2、机械零件的焊接材料Q275、15钢、20钢、35钢、45钢、50钢、50Mn、50Mn2、50SiMn2等3、焊条焊条的种类很多，应针对具体要求从手册中选取。常用的焊条型号为：E4301、E4303、E5001、E500

6、3等。型号中前二位数字表示熔敷金属的最低抗拉强度极限，如“43”表示:B430MPa；第三位“0”或“1”表示适用于各种位置的焊接，第四位表示焊条药皮类型及焊接电源，第三、四位组合时，01表示钛铁矿型，03表示钛钙型，二者的电源为交流或直流正反接。,焊接2,焊 接,二、电弧焊缝的基本形式,焊接件经焊接后形成的结合部分叫做焊缝。电弧焊常见的焊缝有： 对接焊缝和角焊缝两类。,在机械制造中，最常用的被焊件材料是低碳钢和低合金钢(如Q215、 Q235、15、20、16Mn等) 。焊条的材料最好与被焊件的材料相同。,三、焊接件常用材料,四、 焊缝的受力及破坏形式,1对接焊缝,2搭接角焊缝,通常正面角焊

7、缝只用来承受拉力；侧面角焊缝和混合角焊缝可用来承 受拉力或弯矩。实践证明，在静载荷作用下，搭接角焊缝的破裂通常从沿 着与垂直平分线重合的最小剖面上开始。,对接焊缝主要用来承受作用于被焊件所在平面内的拉（压）力或弯矩， 对接焊缝的破坏形式是沿焊缝断裂；,焊缝形式,破坏形式,破坏形式,焊 接,不对称侧面角焊缝及混合角焊缝的强度计算 1）当焊接结构中有角钢等构件时，因外力F的作用线应通过角钢截面的形心c，作用线在焊接平面上的投影线与两侧面焊缝间的距离不等（即a不等于b），故两侧焊缝受力亦不等，因而对这种焊接结构应设计成不对称侧面角焊缝来承受外载荷。设两侧面焊缝分别承担的载荷为F1及F2.,焊 接,当

8、混合角焊缝受弯矩时，可按“力矩独立作用原理”来进行计算，即作用在对称侧面角焊缝上的力矩（由两侧面焊缝产生的力偶矩来平衡）为： 作用在正面角焊缝上的力矩（有焊缝危险截面模拟的承担弯矩，即取其抗弯截面承受切应力）为： 则由M=M1+M2,强度校核公示为： 设计混合角焊缝时，取k=,即可有上式求出所需焊缝长度l.,焊 接,焊缝的许用应力是随这焊接方法、焊条和被焊件的力学性能及载荷性质等而定。注意，选择许用应力时，必须根据各行业的规范或规程取定。当焊接件承受变载荷时，焊缝及被焊件的许用应力均应乘以降低系数 Fmin、Fmax按绝对值计算的最小及最大载荷。 a、b系数,1焊缝应按被焊件厚度制成相应坡口，

9、或进行一般的侧棱、修边工艺。 在焊接前，应对坡口进行清洗整理；,焊接3,五、焊接件的工艺及设计注意要点,2在满足强度条件下，焊缝的长度应按实际结构的情况尽可能地取得短 些或分段进行焊接，并应避免焊缝交叉；,3在焊接工艺上采取措施，使构件在冷却时能有微小自由移动的可能；,4焊缝在焊后应经热处理（如退火），消除残余应力；,5在焊接厚度不同的对接板件时，应使对接部位厚度一致，以利于焊缝 金属均匀熔化；,6设计焊接件时，注意恰当选择母体材料和焊条；,7合理布置焊缝及长度；,8对于那些有强度要求的重要焊缝，必须按照有关行业的强度规范进行 焊缝尺寸校核，明确工艺要求和技术条件，并在焊后仔细进行质量检验。,

10、焊 接,坡口形式,六、焊接在机器零件中的应用,焊 接,焊接4,焊接的减速箱体,焊接的齿轮结构,由于焊接具有强度高、工艺简单、因连接而增加的质量小等特点，焊接 技术的应用日益广泛。 在技术革新、单件生产、新产品试制等情况下，采用焊接制造箱体、机 架等，一般比较经济。 随着焊接技术的发展，许多零件已改变了它们的传统制造方法。一向是 铸造出的机座、机壳、大齿轮等零件，已有很大一部分改用了焊接。,胶接1,胶 接,胶接用于木材由来已久。随着新型胶粘剂的发展，胶接在金属构件的 连接中也日渐增多。,一、概述,胶接是用胶粘剂直接把被连接件连接在一起且具有一定强度的连接， 利用胶粘剂凝固后出现的粘附力来传递载荷

11、。,胶粘剂的品种繁多，通常按其使用目的分为三类：结构胶粘剂、非结 构胶粘剂和其它胶粘剂。在机械制造中常用的是结构胶粘剂中的环氧树脂 胶粘剂、酚醛树脂胶粘剂等。,二、胶粘剂,根据胶接件的使用要求及环境条件等选择综合性能良好的胶粘剂。,实践表明，胶接接头的抗剪切及抗拉伸能力强，抗剥离和扯离能力弱。 设计接头时应尽可能使接头承受剪切或拉伸载荷。,三、胶接接头的结构形式及受力状况,与焊接相同，胶接接头分为对接、搭接和角接头三种。,详细说明,受力形式,胶接的应用实例,胶 接,、结构胶粘剂在常温下的抗剪强度一般不低于8MPa，经受一般高低温或化学的作用不降低其性能。例如：酚醛缩醛有机硅胶粘剂、环氧酚醛胶粘

12、剂和环氧有机硅胶粘剂等。这些也是目前在机械结构最为常用的胶粘剂。 、非结构胶粘剂正常使用时有一定的胶接强度，但在受到高温或重载时，性能迅速下降。例如：聚氨酯胶粘剂和酚醛氯丁橡胶胶粘剂等。 、其它胶粘剂即具有特殊用途（如防锈、绝缘、导电、透明、超高温、超低温、耐酸、耐碱等）的胶粘剂。例如：环氧导电胶粘剂和环氧超低温胶粘剂等。 胶粘剂的主要性能是：胶接强度，包括耐热性、耐介质性、耐老化性； 固化条件，包括温度、压力、保持时间；工艺性能，包括涂布性、流动性、有效贮存期。各种胶粘剂的性能数据可查有关手册。,胶接2,胶 接,胶接件的缺陷有时不易发现。,有良好的密封性、绝缘性和防腐性。,四、胶接的特点,与

13、铆接、焊接相比，胶接的主要优点：,主要缺点：,连接件的材料范围宽广；,连接后的重量轻，材料的利用率高；,成本低；,在全部胶接面上应力集中小，故耐疲劳性能好；,抗剥离、抗弯曲及抗冲击振动性能差；,耐老化及耐介质(如酸、碱等)性能差；,胶粘剂对温度变化敏感，影响胶接强度；,过盈连接1,过盈连接,一、过盈连接的特点及应用,过盈连接是利用被连件间的过盈配合直接把被连接件连接在一起。,过盈连接的优点：构造简单、定心性好、承载能力高，在振动下能可靠地工作。,主要缺点：装配困难和对配合尺寸的精度要求较高。,过盈连接主要用于轴与毂、轮圈与轮芯、滚动轴承的装配连接。,二、过盈连接的工作原理及装配方法,当配合面为

14、圆柱面时，可采用压入法或温差法(加热包容件或冷却被包容件)装配。当其他条件相同时，用温差法能获得较高的摩擦力或力矩，因为它不像压入法那样会擦伤配合表面。,装配后包容件和被包容件的径向变形使配合面间产生了很大的压力，工作时载荷就靠着相伴而生的摩擦力来传递。,过盈连接,三、圆柱面过盈连接,设计这种过盈连接时，被连接件的材料、构造和尺寸一般都已初步确 定，连接的载荷也已求得。因此，设计的主要问题是：, 选择具有所需要的承载能力的配合；, 安排合理的结构；, 确定对零件配合表面的工艺要求；, 决定装配方法和提出装配要求等。,过盈连接的承载能力取决于连接的摩擦力或力矩和连接中各零件的强 度。选择配合时，

15、既要使连接具有足够的固持力以保证在载荷作用下不发 生相对滑动，又要注意到零件在装配应力下不致损坏。,过盈连接2,应用实例,过盈连接3,过盈连接,四、圆锥面过盈连接,圆锥面过盈连接在机床主轴的轴端上应用很普遍。装配时，借助转动端螺母并通过压板施力使轮毂作微量轴向移动以实现过盈连接。这种连接定心性好，便于装拆，压紧程度也易于调整。,采用这种连接，配合表面不宜擦伤，能传递更大的载荷，尤其是适用于 大型被连接件，但对配合面的接触精度要求较高。,五、过盈连接的设计计算,过盈连接主要用以承受轴向力、传递转矩，或者同时承受以上两种载荷。 为了保证过盈连接的工作能力，须作以下两方面的分析计算：,在已知载荷的条

16、件下，计算配合面间所需产生的压力和产生这个压力所需的 最小过盈量；,在选定的标准过盈配合下，校核连接诸零件在最大过盈量时的强度。,详细说明,过盈连接的强度计算 过盈连接的强度包括两方面，即连接的强度及连接零件本身的强度。由于按照上述方法选出的标准过盈配合已能产生所需的径向压力，即已能保证连接的强度。所以只讨论连接零件本身的强度问题。 过盈连接零件本身的强度，可按材料力学的厚壁圆筒强度计算方法进行校核，当压力p一定时，连接零件中的应力大小及分布情况见图。首先按所选的标准过盈配合种类查算出最大过盈量max,在求出最大径向压力即：,过盈连接,过盈连接,当包容件（被包容件）为脆性材料，其主要破坏形式是包容件内