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第7章铆焊胶接过盈连接

发布日期:2020-12-02 00:08 作者:宝盈现金直营 点击:

  第7章铆焊胶接过盈连接_材料科学_工程科技_专业资料。第7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 江汉大学专用 作者: 潘存云教授 一、概述 §7-1 铆接 铆接是将铆钉穿过被连接件

  第7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 江汉大学专用 作者: 潘存云教授 一、概述 §7-1 铆接 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。 铆缝的结构分类: 搭接缝 按接头 型式分 单盖板对接缝 双盖板对接缝 潘存云教授研制 潘存云教授研制 分 类 按铆钉 排数分 单排 双排 多排 按铆缝 性能分 强固铆缝 ——满足强度要求 强密铆缝 ——满足强度和紧密性要求 紧密铆缝 ——满足紧密性要求的。 江汉大学专用 作者: 潘存云教授 一、概述 §7-1 铆接 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。 铆缝的结构分类: 搭接缝 按接头 型式分 单盖板对接缝 双盖板对接缝 潘存云教授研制 潘存云教授研制 分 类 按铆钉 排数分 单排 双排 多排 潘存云教授研制 按铆缝 性能分 强固铆缝 ——满足强度要求 强密铆缝 ——满足强度和紧密性要求 紧密铆缝 ——满足紧密性要求的。 江汉大学专用 作者: 潘存云教授 二、铆钉的主要类型和标准 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)。 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: 江汉大学专用 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 作者: 潘存云教授 铆接工艺分冷铆和热铆: 热铆接——直径 d≥12mm 的钢制铆钉; 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: ▲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 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。 江汉大学专用 作者: 潘存云教授 三、铆缝的受力与破坏形式 F 潘存潘云存教云授教研授制研制 F F 潘存云教授研制 剪断 F F 潘存云教授研制 潘存云教授研制 F 潘存云教授研制 潘存云教授研制 压溃 F 板边剪坏 F 江汉大学专用 拉断 F 撕裂 F 作者: 潘存云教授 四、铆缝的设计要点 设计铆缝时,先根据铆缝的破坏形式进行强度计算。 强度计算的假设前提: ▲ 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 ▲ 被铆件危险剖面上的拉(压)应力,铆钉的切应力, 工作挤压应力都是均匀分布的 ▲ 被铆件接合面摩擦力略去不计 ▲ 铆缝不受弯矩作用 强度计算主要是材料力学的基本公式。 江汉大学专用 作者: 潘存云教授 单排搭接铆缝的静强度分析: d 取图中宽度等于垂直于受载方 向的钉距t的阴影部分进行计算。 设:e——边距; t——节距; δ——板厚;d——铆钉直径;F 潘存云教授研制 t F F—阴影部分载荷。 e (1)由被铆件的拉伸强度确 定的铆缝承受的静载荷: ( t-d )δ为板的截面积 F1 (t d ) Fδ δ 潘存云教授研制 F (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: F d [ ] dδ为挤压面积 2 p (3)由铆钉的剪切强度确定的铆 钉能承受的静载荷: 江汉大学专用 πd2/4为铆钉截面积 πd 2[ ] F3 4 作者: 潘存云教授 F1 (t d ) F2 d [ p ] F3 πd 2[ ] 4 式中:[σ] ——许用拉应力; [σp] ——许用挤压应力; [τ] ——许用剪切应力。 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。 组成强固铆缝各元件的静载荷许用应力 许用应力/MPa 被铆件许用拉应力[σ] 元件材料 Q215 Q235 Q255 200 210 被铆件许用挤应力[σp] 400 420 被铆件许用切应力[τ] 180 180 说明 采用冲孔或各被铆件分 开钻而不用样板时, [σ]、[σp] 降低20%; 角钢单边铆接时,各许 用应力降低25%。 江汉大学专用 作者: 潘存云教授 一、概述 §7-2 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。 熔化焊 ——电弧焊、气焊、电渣焊。 分类: 压力焊 ——电阻焊、摩擦焊、爆炸焊。 钎 焊 ——锡焊、铜焊。 焊枪、焊条 在机械制造中最常用的是电 工件1 弧焊。电弧焊是利用焊条与焊件 工件2 潘存云教授研制 间产生电弧热将金属加热并熔化 的焊接方法。利用电焊机的低压电流,通过电焊条与被 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 属混合并填充接缝面而形成焊缝。 搭铁 接焊接 发电机 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。 江汉大学专用 作者: 潘存云教授 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。 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; 工件1 焊缝 潘存云教授研制 工件2 正接角焊缝 对接角焊缝 江汉大学专用 潘存云教授研制 封 底 焊 缝 潘存云教授研制 V型焊缝 潘存云教授研制 搭接角焊缝 双面式 单面式 潘存云教授研制 榫头式 潘存云教授研制 卷边焊缝 潘存云教授研制 塞焊缝 作者: 潘存云教授 三、焊接件常用材料 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。 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 δ l 潘存潘云存教云授教研授制研制 江汉大学专用 FF 潘存云教授研制 F l δ δ 作者: 潘存云教授 2.搭接角焊缝 正面角焊缝 受力方向与焊缝垂直; 按受力方向分为: 侧面角焊缝 受力方向与焊缝平行; 混合角焊缝 受力与焊缝成一角度; k u≥ 4δ A—A B k hk F 潘存云教授研制 l AA FF B F 潘存云教授研制 B—B 正面角焊缝 正面角焊缝通常只用来承受拉力; 侧面角焊缝和混合角焊缝可用 来承受拉力或弯矩。 M 实践证明,在静载荷作用 A 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。 江汉大学专用 侧面角焊缝 B k hk B A M 潘存云教授研制 L 作者: 潘存云教授 五、焊接件的工艺及设计注意要点 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; 坡口型式及适用的焊件厚度: 0~15 潘存云教授研制 70? 35~45? 5~40 ≤ 5 潘存云教授研制 2~4 70? 2~3 潘存云教授研制 ≥50 20~50 20~50 12~40 2~3 江汉大学专用 2~4 作者: 潘存云教授 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。 江汉大学专用 作者: 潘存云教授 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。 江汉大学专用 焊接齿轮 潘存云教授研制 潘存云教授研制 作者: 潘存云教授 §7-3 胶 接 一、概述 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。 胶接是用胶粘剂直接把被连接件连接在一起且具 有一定强度且不可拆卸的连接,利用胶粘剂凝固后出 现的粘附力来传递载荷。 应用实例: 潘存云教授研制 胶接组合蜗轮 潘存云教授研制 螺纹接套与管件胶接 江汉大学专用 潘存云教授研制 蒙皮与型材胶接 潘存云教授研制 蜂窝结构填料 作者: 潘存云教授 二、胶粘剂 胶粘剂的品种繁多,通常按其使用目的分为三类: 种类 结构胶粘剂 非结构胶粘剂 其它胶粘剂 (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。 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。 江汉大学专用 作者: 潘存云教授 (2)非结构胶粘剂 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。 常用的品种有: 聚胺脂胶粘剂; 酚醛-氯丁橡胶胶粘剂。 (3) 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。 江汉大学专用 作者: 潘存云教授 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。 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。 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。 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。 江汉大学专用 作者: 潘存云教授 潘存云教授研制 圆柱形接头 潘存云教授研制 锥形及盲孔接头 江汉大学专用 板件接头 潘存云教授研制 角接头 作者: 潘存云教授 四、胶接接头的受力状况 F F 潘存云教授研制 F 潘存云教授研制 F 拉伸 F 剪切 F 潘存云教授研制 潘存云教授研制 F 剥离 潘存云教授研制 扯离 F 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。 江汉大学专用 作者: 潘存云教授 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; (4)清除表面多余的胶粘剂; (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。 (6)质量检验,常用方法有: 江汉大学专用 ▲ X光探伤 ▲ 超声波探伤 ▲ 放射同位素摄影 ▲ 激光全息摄影 作者: 潘存云教授 六、胶接的特点 与铆接、焊接相比,胶接的主要优点 ▲ 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 ▲ 有良好的密封性、绝缘性和防腐性 主要缺点: ▲ 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 ▲胶接件的缺陷有时不易发现 江汉大学专用 作者: 潘存云教授 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 ▲ 从结构上采取防止剥离的措施 ▲ 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 江汉大学专用 作者: 潘存云教授 §7-4 过盈连接 一、过盈连接的特点及应用 作用: 过盈连接是利用被联件间的过盈配合直接把被 连接件连接在一起。 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 配连接。 A A-A 潘存云教授研制 d 潘存云教授研制 潘存云教授研制 江汉大学专用 A 曲轴过盈连接组件 作者: 潘存云教授 二、过盈连接的工作原理及装配方法 工作原理:孔与轴配合中,轴的实际尺寸大于孔,两 者装配后产生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。 轴的尺寸减去孔的尺寸称为过盈量。 压入法 装配方法: 温差法 加热包容件 冷却被包容件 潘存云教授研制 当配合面为圆柱面时,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。 江汉大学专用 作者: 潘存云教授 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: ⒈ 选择具有所需要的承载能力的配合; ⒉ 安排合理的结构; ⒊ 确定对零件配合表面的工艺要求; ⒋ 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,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。 江汉大学专用 作者: 潘存云教授 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。 潘存云教授研制 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。 江汉大学专用 作者: 潘存云教授 五、过盈连接的设计计算 过盈连接的主要用来承受轴向力、传递扭矩、或者 同时承受这两种载荷。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: (1) 已知载荷时,配合面需要多大的径向压力?以及产 生这个压力需要多大的过盈量? (2) 若选定了标准的过盈配合,校核连接件在最大过 盈量时的强度。 F 1.配合面所需压力的计算 (1) 传递轴向载荷时 要求连接件在轴向载荷F的 作用下,不产生轴向滑移。 p p 潘存云教授研制 江汉大学专用 作者: 潘存云教授 正常工作条件:轴向摩擦阻力〉外载荷 F ∵摩擦力: Ff =πdlpf ∴ p≥ F/ πdlpf 其中:p——径向压力; d——配合面公称直径; l——配合面长度; f——摩擦系数。详见教材表7-5 (2) 传递扭矩时 要求连接件在扭矩T的作用下, 不产生周向滑移。即:Mf T ∵摩擦力矩: Mf =πlpfd / 2 ∴ 江汉大学专用 p≥ 2T/ πd2lpf 潘存云教授研制 d1 p l d F p T Mf d2 潘存云教授研制 d 作者: 潘存云教授 (3) 同时承受轴向载荷与扭矩时 d2 要求连接件沿轴向和周向都不能产生滑移。 d 径向压力p应满足: p ≥ F2 2T d 2 πdlf 2.最小有效过盈量δmin的计算 d 潘存云教授研制 1 由材料力学的有关知识可知,在压 力为p时最小过盈量为:min pd C1 E1 C2 E2 103 其中:E1、E2——被包容件和包容件材料的弹性系数; C1——被包容件的刚性系数: C1 d2 d2 d12 d12 1 C2——包容件的刚性系数: 江汉大学专用 C2 d 2 2 d 2 2 d2 d2 2 作者: 潘存云教授 μ1 μ2——分别为被包容件和包容件的泊松比; 当采用温差法装配时,最小有效过盈量 min min 当采用压入法装配时,考虑配合表面的微观峰尖将被 擦去或压平一部分,这时最小过盈量为 min min 0.8(Rz1 Rz2 ) Rz1 、Rz1 —分别为被包容件和包容件配合表面上微观不 平度的十点高度,单位为: μm 。 δmax δmin 根据计算得到的最小有效过盈量 δmin 选择一个标准的盈量配合代号。 应注意尽量选择优先配合代号。 轴公差带 最小过盈: δmin = 孔max-轴min 最大过盈: δmax = 孔min-轴max 江汉大学专用 孔公差带 作者: 潘存云教授 基孔制常用与优先配合的选用 潘存云教授研制 江汉大学专用 作者: 潘存云教授 基轴制常用与优先配合的选用 潘存云教授研制 江汉大学专用 作者: 潘存云教授 3.过盈连接的最大压入力、压出力 当选用压入法进行装配时,应按照以下公式计算 最大压入力和压出力 最大压入力 Fi =f πd l pmax 最大压入力 Fo =(1.3~1.5) Fi = (1.3~1.5) f πd l pmax 由 min p d C1 E1 C2 E2 103 得: 最大压力 pmax d C1 E1 max C2 E2 103 江汉大学专用 作者: 潘存云教授 4.包容件加热及被包容件冷却温度 当选用温差法进行装配时,应按照以下公式计算 两配合件的温度 包容件加热温度 t2 max 0 2d 103 t0 被包容件冷却温度 t1 max 0 1d 103 t0 其中:?0——避免配合表面互相擦伤所需要最小间隙; α1 、α2 ——包容件及包容件材料的膨胀系数; t0 ——环境温度。 江汉大学专用 作者: 潘存云教授

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