第7章 铆接、焊接、胶接和过盈联接 71 铆接 72 焊接 73 胶接 74 过盈联接 潘存云教授研制 71 铆接 一、概述 铆接是将铆钉穿过被联接件的预制孔中经铆合而成 的联接方式。其联接部分称为铆缝。 铆缝的结构分类： 分 类 按接头 型式分 双 排 按铆缝 性能分 -满足强度要求 -满足强度和紧密性要求 -满足紧密性要求的。 搭接缝 单盖板对接缝 双盖板对接缝 按铆钉 排数分 单 排 多 排 强固铆缝 强密铆缝 紧密铆缝 潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制 71 铆接 一、概述 铆接是将铆钉穿过被联接件的预制孔中经铆合而成 的联接方式。其联接部分称为铆缝。 铆缝的结构分类： 分 类 按接头 型式分 双 排 按铆缝 性能分 -满足强度要求 -满足强度和紧密性要求 -满足紧密性要求的。 搭接缝 单盖板对接缝 双盖板对接缝 按铆钉 排数分 单 排 多 排 强固铆缝 强密铆缝 紧密铆缝 潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制 铆钉有空心的和实心的两大类，且大部分都以标准化 。（GB863.1-86 、 GB876-86）。 二、铆钉的主要类型和标准 在设计铆接结构时应优先选用已标准化的铆钉。 铆钉头的结构： 铆接后的结构： 热铆接-直径 d12mm 的钢制铆钉； 铆接工艺分冷铆和热铆： 冷铆接-直径 d 12mm 的钢制铆钉、塑性较好 的有色金属及其合金制成的铆钉。 特点： 因此，在承受严重冲击和振动载荷的金属结构的 联接中，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。 工艺过程比较容易控制， 质量稳定; 工艺设备简单; 铆接结构抗振、耐冲击，联接牢固可靠。 潘存云教授研制 三、铆缝的受力与破坏形式 潘存云教授研制 F F 潘存云教授研制 F F 潘存云教授研制 F F 潘存云教授研制FF 潘存云教授研制 F F 剪 断 压溃板边剪坏 拉断 撕裂 四、铆缝的设计要点 强度计算主要是材料力学的基本公式。 强度计算的假设前提： 联接的横向力F通过铆钉组形心，一组铆钉中 各个铆钉受力均等； 设计铆缝时，先根据铆缝的破坏形式进行强度计算。 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。 潘存云教授研制 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： d t e 设：e边距； t节距； -板厚；d铆钉直径； F阴影部分载荷。 ( t-d )为板的截面积 d为挤压面积 d2/4为铆钉截面积 F F F F 潘存云教授研制 组成强固铆缝各元件的静载荷许用应力 许用应力/Mpa 说 明 元件材料 Q235 Q255 被铆件许用拉应力 200 210 被铆件许用挤应力p 400 420 采用冲孔或各被铆件分 开钻而不用样板时， 、p 降低20%； 角钢单边铆接时，各许 用应力降低25%。 被铆件许用切应力 180 180 Q215 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。 式中：-许用拉应力; p- 许用挤压应力； -许用剪切应力。 潘存云教授研制 工件2 焊接是利用局部加热(或加压)的方法使被联接件接头 处的材料熔融联接成一体。 一、概述 与铆接相比较，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。 分类： 熔化焊 压力焊 钎 焊 -电弧焊、气焊、电渣焊。 -电阻焊、摩擦焊、爆炸焊。 -锡焊、铜焊。 72 焊接 接焊接 发电机 工件1 焊枪、焊条 搭铁 利用电焊机的低压电流，通过点焊条与被 焊件之间形成的电路，在两极间引起电弧 ，融化被焊部分的金属和焊条，使熔融的 金属混合并填充解缝面而形成焊缝。 潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制 二、电弧焊缝的基本形式 焊缝-焊接件经焊接后形成的结合部分 。 工件2 工件1 电弧焊常见的焊缝形式： 角焊缝-两被焊件不在同一平面内； 对接焊缝-两被焊件在同一平面内； 正接角焊缝 搭接角焊缝 榫头式 单面式双面式 V型焊缝 封 底 焊 缝 对接角焊缝 卷边焊缝 塞焊缝 焊缝 潘存云教授研制 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 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； FF l l 潘存云教授研制 l F F 潘存云教授研制 l FF 潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制 2搭接角焊缝 按受力方向分为: 正面角焊缝 侧面角焊缝 混合角焊缝 受力方向与焊缝垂直； 正面角焊缝通常只用来承受拉力; 受力方向与焊缝平行； 受力与焊缝成一角度； 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。 k u 4 l A-A A A FF B-B h F F 正面角焊缝 侧面角焊缝 MM h L k k A A B B k k B B 潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制 1焊缝应按被焊件厚度制成相应坡口，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； 五、焊接件的工艺及设计注意要点 015 5 540 70 70 2050 2050 50 坡口型式及适用的焊件厚度: 3545 24 23 1240 24 23 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。 潘存云教授研制 潘存云教授研制 六、焊接在机器零件中的应用 由于焊接具有强度高、工艺简单、因联接而增加 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。 焊接齿轮 潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制 胶接用于木材由来已久。随着新型胶粘剂的发展，胶接在金属构件的联接中也日渐增多。 一、概述 胶接是用胶粘剂直接把被联接件联接在一起且具 有一定强度且不可拆卸的联接，利用胶粘剂凝固后出 现的粘附力来传递载荷。 73 胶 接 应用实例： 胶接组合蜗轮 螺纹接套与管件胶接 蜂窝结构填料蒙皮与型材胶接 胶粘剂的品种繁多，通常按其使用目的分为三类： 二、胶粘剂 结构胶粘剂； 在机械制造中常用的结构胶粘剂有如下两种： 环氧树脂胶粘剂； 酚醛树脂胶粘剂。 种类 1）结构胶粘剂 在常温下的抗剪强度一般不低于80MPa，能经受 一般高、低温或化学作用，而不降低其性能，胶接件 能承受较大的载荷。 非结构胶粘剂； 其它胶粘剂 2）非结构胶粘剂 常用的品种有： 聚胺脂胶粘剂； 酚醛-氯丁橡胶胶粘剂。 2）其它胶粘剂 具有特殊用途的胶粘剂，例如：防锈、绝缘、导电 、透明、超高温、超低温、耐酸碱等。 品种有： 环氧导电胶粘剂； 环氧超低温胶粘剂。 正常使用时有一定的胶结强度，但在受到高温 或重载时，性能迅速下降。 三、胶接接头的结构形式 与焊接相同，胶接接头分为对接、搭接和角接头三种。 主要性能： 胶接强度-耐热性、耐介质性、耐老化性等； 固化条件-温度、压力、保持时间等。 选用原则：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。 影响粘接剂性能的因素： 胶接件的材料、环境温度、胶层厚度、工作时间 、工艺水平等。 胶接工件材料有：各种碳钢、合金钢、铝、镁、 钛等合金、玻璃、陶瓷等。 潘存云教授研制 潘存云教授研制 圆柱形接头 板件接头 锥形及盲孔接头 角接头 潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制 剪切 四、胶接接头的受力状况 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。 拉伸 剥离 潘存云教授研制 F F F F F F F F扯离 4）清除表面多余的胶粘剂； 五、胶接的基本工艺过程 1）清除胶接件表面的油污或氧化层；方法有机械或化学处理 2）按配方比例配制胶粘剂；大多数胶都是多祖分的 3）采用适当方法涂胶（如喷涂、刷涂等），保证厚 薄合适、均匀无缺、无气泡； 6）质量检验，常用方法有： 5）按一定条件进行固化； 要综合考虑使用要求、接头形式、接头面积、温 度、压力、时间等因素。 超声波探伤； 放射同位素摄影； 激光全息摄影。 X光探伤； 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。 六、胶接的特点 与铆接、焊接相比，胶接的主要优点： 主要缺点： 联接件的材料范围宽广； 联接后的重量轻，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； 从结构上采取防止剥离的措施； 七、胶接接头的设计要点 针对工作要求正确选择粘结剂； 合理选择接头形式； 恰当选择工艺参数； 充分利用胶缝的承载特性，尽可能使胶缝承受剪 切和拉伸载荷，而避免承受扯离，特别是剥离载 荷，不宜采用胶接接头； 减少胶缝处的应力集中，如板材端部切成斜角； 当有较大冲击、振动时，应在胶接面之间增加玻 璃布层等缓冲材料 潘存云教授研制 潘存云教授研制 潘存云教授研制 一、过盈联接的特点及应用 作用： 过盈联接是利用被联件间的过盈配合直接把被 联接件联接在一起。 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。 缺点：装配困难和对配合尺寸的精度要求较高。 应用：主要用于轮圈与轮芯、轴与毂、滚动轴承的装 配联接。 74 过盈联接 A AA-A