第7章铆接、焊接和过盈联接

五、 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； F F
δ
l
F
F
δ δ
l
F
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 l
F
五、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：
▲ 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；
▲ 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。
▲ 被铆件结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。
A---A
B
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k
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A A
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 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。
侧面角焊缝 B A h L k
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A
B
k M
k
B---B
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d2
d
c)同时承受轴向载荷与扭矩时 要求联接件沿轴向和周向都不能产生滑移。 径向压力p应满足：
p 2T 2 F d dlf
2
d2 d
2.最小有效过盈量δmin的计算 由材料力学的有关知识可知，在压
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பைடு நூலகம்
d1
力为p时最小过盈量为： min pd C1 C2 103 E E2 1 其中：E1、E2—被包容件和包容件材料的弹性系数；
d 2 d12 1 C1—被包容件的刚性系数: C1 2 2 d d1
C2—包容件的刚性系数:
2 d2 d 2 C2 2 2 2 d2 d
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：
(2) 压焊 焊接过程中，必须对焊件施加压力(加 热或不加热)，以完成焊接的方法。 为了降低加压时材料的变形抗力，增加材料的 塑性，压焊时在加压的同时常伴随加热措施。

按所施加焊接能量的不同，压焊可分为： 电阻焊(包括点焊、缝焊、凸焊、对焊) 摩擦焊 超声波焊 扩散焊 冷压焊 爆炸焊 锻焊
(3) 钎焊 采用比母材熔点低的金属材料作钎 料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母 材熔化温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头 间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的焊接方法。 钎焊时，通常要清除焊件表面污物，增加钎 料的润湿性，这就需要采用钎剂。
按热源的不同可分为： 火焰钎焊：以乙炔在氧中燃烧的火焰为热源； 感应钎焊：以高频感应电流流过焊件产生的电阻热为热 源； 电阻钎焊：以电阻辐射热为热源； 盐浴钎焊：以高温盐熔液为热源。 按钎料的熔点不同分为： 硬钎焊：钎料熔点在450℃以上 软钎焊：钎料熔点在450℃以下
max 0 t0 被包容件冷却温度: t1 3 1d 10
α1 、α2 –分别为被包容件及包容件材料的膨胀系数； t0 –-环境温度；
其中：∆0--为了避免配合表面互相擦伤所需要最小间隙；
导热性能
⑤联接的重量轻 ⑥可起到密封作用。
缺点：
①有的胶接剂胶接工艺较为复杂 ②胶接件的缺陷无完善可靠的无损检验方法
③可靠程度和稳定性受环境因素的影响较大
§7－4 过盈联接
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。
⒋ 决定装配方法和提出装配要求等。
过盈联接的承载能力取决于联接的摩擦力或力矩和 联接中各零件的强度。选择配合时，既要使联接具有足 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。
五、过盈联接的设计计算 过盈联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。为了保证过盈联接的工作能力， 须作以下两方面的分析计算：
轴公差带
δmax
基孔制常用与优先配合的选用
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基轴制常用与优先配合的选用
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3.过盈联接的最大压入力、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
（1）在造船和海洋开发中：要求解决大面积拼板以及 大型立体框架结构的自动焊及各种低合金高强度钢的 焊接； （2）在石油化学工业的发展中：要求解决耐高温、低 温以及耐各种腐蚀性介质的压力容器焊接； （3）在航空工业及空间开发中：要求解决大量铝、钛 等轻合金结构的焊接； （4）在重型机械工业中：要求解决大截面构件的焊接； （5）在电子及精密仪表工业中：要求解决微型精密零 件的焊接。
§7－2 焊接
一、概述
焊接：通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料， 使焊件达到结合的一种方法。
焊接：易于保证焊接结构等强度的要求，相对 来说工艺比较简单，加工成本也比较低廉。
目前，几乎所有部门（如机械制造、石油化工、交通 能源、冶金、电子、航空航天等）都离不开焊接技术。
随着工业生产的发展，对焊接技术提出了多种多样的要 求：
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，校核联接件在最大过 盈量时的强度。 F
1.配合面所需压力的计算 a)传递轴向载荷时 要求联接件在轴向载荷F的 作用下，不产生轴向滑移。
p
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p
正常工作条件：轴向摩擦阻力〉外载荷
∵摩擦力： Ff =πdlpf
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。
三、圆柱面过盈联接
设计这种过盈联接时，被联接件的材料、构造和
尺寸一般都已初步确定，联接的载荷也已求得。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；
A
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A-A d
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A
曲轴过盈联接组件
二、过盈联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。 压入法 温差法 加热包容件
装配方法：
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冷却被包容件
二、焊接方法分类及发展
1、焊接方法的分类及特点
在工业生产中应用的焊接方法根据它们的焊接 过程特点可将其分为三大类： （1）熔焊 （2）压焊 （3）钎焊
(1) 熔焊：将待焊处的母材金属熔化以形成焊 缝的焊接方法。
关键：有一个能量集中、温度足够高的局部热源。
按所使用热源的不同，熔焊可分为：
电弧焊：以气体导电时产生的电弧热为热源，以电极是否熔 化为特征分为熔化极电弧焊和非熔化极电弧焊两大类； 气焊：以乙炔或其他可燃气体在氧中燃烧的火焰为热源； 铝热焊：以铝热剂的放热反应产生的热为热源； 电渣焊：以熔渣导电时产生的电阻热为热源； 电子束焊：以高速运动的电子流撞击焊件表面所产生的热为 热源； 激光焊：以激光束照射到焊件表面而产生的热为热源。
钎焊时通常要进行保护：抽真空、通保护气 体、使用钎剂。
三、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。
双面式
单面式
榫头式
（a）正接角焊缝 （b）搭接角焊缝 （c）对接焊缝 （d）卷 边 焊 缝 （e）塞焊缝
(a)
(b)
封 底 焊 缝
V型焊缝
(d)
(c) (e)
四、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。
扯开
加固定件 剥离
卷边
凹座
增大胶接面积
三、胶接剂（胶粘剂）
胶接剂的品种很多，基本组合成分为：环氧树脂、 环氧树脂——酚醛树脂、酚醛树脂、聚酰胺—环氧 树脂、丙烯酸酯树脂、聚酰亚胺等
四、胶接与铆接、焊接的比较
优点： ①被胶件的材料能得到充分利用 ②胶层有缓冲减振作用 ③胶层，可防电化腐蚀 ④胶层有电、热绝缘性，需要时也可加金属提高导电或
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焊接齿轮
§7—3 胶 接
一、胶接及其应用
胶接是利用胶粘剂在一定条件下把预制的元件联接在一起，
并具有一定的联接强度的不可拆联接
二、胶接接头
设计胶接接头时应注意以下各点： （1）尽可能使胶层受剪或受压 （2）尽可能使胶层应力分布均匀 （3）胶层厚度为0.1~0.2mm时，胶层强度最高 （4）胶接面积宜取大些以利于金属强度的充分利用
min min 0.8( Rz1 Rz 2 )
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
最小过盈： δmin = 孔max-轴min 最大过盈: δmax = 孔min-轴max
孔公差带
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。
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三、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）。 铆钉头的结构：
铆接后的结构：
四、铆缝的受力与破坏形式
F
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F
剪 断 F
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F
F
F
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压溃
F
板边剪坏 F
拉断 F
撕裂
h
F
F
F
B
F
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。
F p
∴
p≥ F/ πdlpf
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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 b)传递扭矩时 要求联接件在扭矩T的作用下， 不产生周向滑移。即：Mf >T ∵摩擦力矩： Mf =πlpfd / 2 ∴ p≥ 2T/ πd2lpf
T
l
d1 d F p Mf
第7章 铆接、焊接和过盈联接
§7－1 铆接 §7－2 焊接 §7－3 胶接
§7－4 过盈联接
§7－1 铆接
一、概述
利用铆钉把两个以 上的被铆件联接在 一起的不可拆联接
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二、铆缝的结构分类：
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按接头 型式分 分 类 按铆钉 排数分
搭接缝
按铆缝 性能分
单盖板对接缝 双盖板对接缝 单 排 双 排 多 排 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。
由 min C1 C2 103 得： p d E E2 1
pmax
max
C1 C2 103 d E E2 1
最大压力：
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 ： max 0 包容件加热温度 ： t 2 t0 3 2 d 10