第十一章铆接、焊接与胶接设计 《机械设计基础》教案(机电专业90学时) 第十一章铆接、焊接与胶接设计 1.教学目标 1、掌握铆接的进本形式及设计要点,了解影响铆接强度的因素 2、掌握电弧焊缝的基本形式及强度计算,了解影响焊缝强度的因素 3、掌握胶接街头的基本形式及结构,了解常用的胶粘剂。 2.教学重点和难点 【重点、难点】掌握铆接、电弧焊接的结构设计 3.讲授方法:多媒体和演示柜教学 正文 除了螺纹联接、键联接等以外,工程上还大量使用着其它的联接方式,常见的有铆接、焊接 和胶接等。我们在本章对这些联接方式给予简要的介绍。 §11.1铆接 铆接是一种很早就开始使用的 11共 简单机械联接方式,其典型的结构 如图所示。它们主要是由联接件铆 e 钉1和被联接件2、3所组成,有的 c)双板对援缝 还有辅助联接件盖板4。这些基本 元件在构造上所形成的联接部分统称为铆接缝(简称铆缝 铆缝的种类、特性及应用 铆缝的结构型式有很多,就接头情况看有图所示的搭接缝(图a)单盖板对接缝(图b)和 209
第十一章 铆接、焊接与胶接设计 《机械设计基础》教案（机电专业 90 学时） 209 第十一章 铆接、焊接与胶接设计 1．教学目标 1、掌握铆接的进本形式及设计要点，了解影响铆接强度的因素； 2、掌握电弧焊缝的基本形式及强度计算，了解影响焊缝强度的因素； 3、掌握胶接街头的基本形式及结构，了解常用的胶粘剂。 2．教学重点和难点 【重点、难点】 掌握铆接、电弧焊接的结构设计； 3．讲授方法：多媒体和演示柜教学 正 文 除了螺纹联接、键联接等以外，工程上还大量使用着其它的联接方式，常见的有铆接、焊接 和胶接等。我们在本章对这些联接方式给予简要的介绍。 §11.1 铆接 铆接是一种很早就开始使用的 简单机械联接方式，其典型的结构 如图所示。它们主要是由联接件铆 钉 1 和被联接件 2、3 所组成，有的 还有辅助联接件盖板 4。这些基本 元件在构造上所形成的联接部分统称为铆接缝（简称铆缝）。 一、铆缝的种类、特性及应用 铆缝的结构型式有很多，就接头情况看有图所示的搭接缝（图 a）、单盖板对接缝（图 b）和
第十一章铆接、焊接与胶接设计 《机械设计基础》教案(机电专业90学时) 双盖板对接缝(图c);从铆钉排数看有单排双排和多排之分。如果按铆缝性能的不同又可以分 为三种∴以强度为基本要求的铆缝称为强固铆缝,如飞机蒙皮与框架、起重设备的机架、建筑物 的桁架( hengjia)等结构用的铆缝;不但要求具有足够强度,而且要求保证良好的紧密性的铆 缝称为强密铆缝,如蒸汽锅炉、压缩空气贮存器等承受高压器皿的铆缝;仅以紧密性为基本要求 的铆缝称为紧密铆缝,多用于一般的流体贮存器和低压管道上。 铆接具有工艺设备简单、抗震、耐冲击和牢固可靠等优点,但结构-般较为笨重,被联接件 (或被铆件)上由于制有钉孔,使强度受到较大的削弱,铆接时一般噪声比较大,影响工人健康 因此,目前除了桥梁、建筑、造船、重型机械以及飞机制造等工业部门仍经常采用外,应用已经 逐渐减少,被焊接和胶接所代替。 二、铆钉的主要类型和标准 铆钉的类型是多种多样的,而且已经标准化(GBT8631-1986~GB/876-1986)等。通 用机械中常用的铆钉在铆 接后的形式如图所示,它 们的材料、结构和尺寸可 常用的铆钉在铆接后的型式 查阅有关手册 三、铆缝的受力及破坏形式、设计计算要点 铆缝的受力及破坏形式如图所示。 设计铆缝时,通常根据承载情况及具体要 象 求,按照有关专业的技术规范或规程,选出合 a)钉被剪断 b)板边被剪坏c)钉孔接触面被压 适的铆缝类型及铆钉规格,进行铆缝的结构设 计(如按照铆缝形式及有关要求布置铆钉等) d)板沿钉孔被拉断 e)板边被撕裂
第十一章 铆接、焊接与胶接设计 《机械设计基础》教案（机电专业 90 学时） 210 双盖板对接缝（图 c）；从铆钉排数看有单排、双排和多排之分。如果按铆缝性能的不同又可以分 为三种：以强度为基本要求的铆缝称为强固铆缝，如飞机蒙皮与框架、起重设备的机架、建筑物 的桁架（hengjia）等结构用的铆缝；不但要求具有足够强度，而且要求保证良好的紧密性的铆 缝称为强密铆缝，如蒸汽锅炉、压缩空气贮存器等承受高压器皿的铆缝；仅以紧密性为基本要求 的铆缝称为紧密铆缝，多用于一般的流体贮存器和低压管道上。 铆接具有工艺设备简单、抗震、耐冲击和牢固可靠等优点，但结构一般较为笨重，被联接件 （或被铆件）上由于制有钉孔，使强度受到较大的削弱，铆接时一般噪声比较大，影响工人健康。 因此，目前除了桥梁、建筑、造船、重型机械以及飞机制造等工业部门仍经常采用外，应用已经 逐渐减少，被焊接和胶接所代替。 二、铆钉的主要类型和标准 铆钉的类型是多种多样的，而且已经标准化（GB/T863.1-1986 ～GB/T876-1986）等。通 用机械中常用的铆钉在铆 接后的形式如图所示，它 们的材料、结构和尺寸可 查阅有关手册。 三、铆缝的受力及破坏形式、设计计算要点 铆缝的受力及破坏形式如图所示。 设计铆缝时，通常根据承载情况及具体要 求，按照有关专业的技术规范或规程，选出合 适的铆缝类型及铆钉规格，进行铆缝的结构设 计（如按照铆缝形式及有关要求布置铆钉等）
第十一章铆接、焊接与胶接设计 《机械设计基础》教案(机电专业90学时) 然后分析铆缝受力时可能的破坏形式,并进行必要的强度校核 应该指出:在进行受力分析时,我们均假定1)—组铆钉中的各个铆钉受力均等;2)危险截 面上的拉应力或切应力。工作面上的挤压应力都是均匀分布的;3)被铆件贴合面上无摩擦力;4) 铆缝不受弯矩作用。但实际上,在弹性范围内,不论是沿受力方向的一列铆钉中的切应力,或是 一个铆钉或孔壁间的挤压应力,或是一个被铆接件在钉孔附近各个截面上的拉应力,都不是均匀 分布的。不过,在达到塑性变形时,上述的假定基本上是可以成立的。故此,可以直接按照材料 力学的基本公式进行强度校核。需要注意的是:所用的许用应力必须根据有关专业的技术规范或 规程选取。 铆缝的强度经过校核合格后,还应根据技术规范对铆接工艺提出相应的要求。 下面我们以如图所示的单排搭接铆缝进行静强度分析。 取图中宽度等于节距t(即垂至于受载方向的钉距)的阴影部 分进行计算(设边距ε合乎规范要求,不会出现板边被剪坏的破 坏形式) 1)由被铆件的拉伸强度条件得知允许铆缝承受的静载荷为 F1=(t-d)·[a] 2)由被铆件上孔壁的挤压强度条件得知,被铆件允许承受的压力 F2=d·6·o,l 3)由铆钉的剪切强度条件得知,铆钉允许承受的横向载荷为:F3=m 显然,这段铆缝允许承受的静载荷F应取上面三个数值中最小的 如果上面三个数值相等,解出d、t、δ等参数,叫做单排搭接铆缝的等强度设计
第十一章 铆接、焊接与胶接设计 《机械设计基础》教案（机电专业 90 学时） 211 然后分析铆缝受力时可能的破坏形式，并进行必要的强度校核。 应该指出：在进行受力分析时，我们均假定 1)一组铆钉中的各个铆钉受力均等；2）危险截 面上的拉应力或切应力。工作面上的挤压应力都是均匀分布的；3）被铆件贴合面上无摩擦力；4） 铆缝不受弯矩作用。但实际上，在弹性范围内，不论是沿受力方向的一列铆钉中的切应力，或是 一个铆钉或孔壁间的挤压应力，或是一个被铆接件在钉孔附近各个截面上的拉应力，都不是均匀 分布的。不过，在达到塑性变形时，上述的假定基本上是可以成立的。故此，可以直接按照材料 力学的基本公式进行强度校核。需要注意的是：所用的许用应力必须根据有关专业的技术规范或 规程选取。 铆缝的强度经过校核合格后，还应根据技术规范对铆接工艺提出相应的要求。 下面我们以如图所示的单排搭接铆缝进行静强度分析。 取图中宽度等于节距 t（即垂至于受载方向的钉距）的阴影部 分进行计算（设边距 e 合乎规范要求，不会出现板边被剪坏的破 坏形式）。 1）由被铆件的拉伸强度条件得知，允许铆缝承受的静载荷为： ( ) [ ] F1 = t − d 2）由被铆件上孔壁的挤压强度条件得知，被铆件允许承受的压力： [ ] F2 d p = 3）由铆钉的剪切强度条件得知，铆钉允许承受的横向载荷为： 4 [ ] 2 3 d F = 显然，这段铆缝允许承受的静载荷 F 应取上面三个数值中最小的。 如果上面三个数值相等，解出 d、t、δ 等参数，叫做单排搭接铆缝的等强度设计
第十一章铆接、焊接与胶接设计 《机械设计基础》教案(机电专业90学时) §11.2焊接 把两个金属元件局部加热使融化后而连成一个整体,这种联接方法称为焊接。广泛应用于制 造金属构架、容器壳体、机架等结构。焊接的方法很多,机械制造业中常用的是属于熔融焊的电 焊、气焊与电渣焊,尤其以电焊应用最广。电焊由可以分为电阻焊与电弧焊两种。 电阻焊:是利用大的低压电流通过被焊接件时,在电阻最大的接头处(被焊接部位)引起强 烈发热,使金属局部融化,同时机械机械加压而形成的联接。 电弧焊:是利用电焊机的低压电流,通过电 焊钳 焊条(为一个电极)与被焊件(为另一电极)间焊条 形成的电路,在两极间引起电弧来熔融被焊接部工件 分的金属和焊条,使熔融的金属混合并填充接缝 而形成的(如图 其中电弧焊操作简便、联接质量好,使用范围广。我们主要介绍有关电弧焊的基本知识。 电弧焊缝的形式及特点 焊件经焊接后形成的接合部分叫做焊缝。根据焊接件在空间的相对位置,电弧焊缝有对接焊 缝和填角焊缝等,焊缝接头的基本形式有对接、搭接和T型接头等。 1、对接焊缝(如下图所示) 受力均匀,结构工艺性好,适于承受振动载荷。当 被焊接件较厚时了保证焊透,要在焊接的地方预先加工 好坡口。两焊接件厚度不大时,可以不开坡口 2、填角焊缝 描接头和T接头中的辉目一
第十一章 铆接、焊接与胶接设计 《机械设计基础》教案（机电专业 90 学时） 212 §11.2 焊接 把两个金属元件局部加热使融化后而连成一个整体，这种联接方法称为焊接。广泛应用于制 造金属构架、容器壳体、机架等结构。焊接的方法很多，机械制造业中常用的是属于熔融焊的电 焊、气焊与电渣焊，尤其以电焊应用最广。电焊由可以分为电阻焊与电弧焊两种。 电阻焊：是利用大的低压电流通过被焊接件时，在电阻最大的接头处（被焊接部位）引起强 烈发热，使金属局部融化，同时机械机械加压而形成的联接。 电弧焊：是利用电焊机的低压电流，通过电 焊条（为一个电极）与被焊件（为另一电极）间 形成的电路，在两极间引起电弧来熔融被焊接部 分的金属和焊条，使熔融的金属混合并填充接缝 而形成的（如图）。 其中电弧焊操作简便、联接质量好，使用范围广。我们主要介绍有关电弧焊的基本知识。 一、电弧焊缝的形式及特点 焊件经焊接后形成的接合部分叫做焊缝。根据焊接件在空间的相对位置，电弧焊缝有对接焊 缝和填角焊缝等，焊缝接头的基本形式有对接、搭接和 T 型接头等。 1、对接焊缝（如下图所示） 受力均匀，结构工艺性好，适于承受振动载荷。当 被焊接件较厚时了保证焊透，要在焊接的地方预先加工 好坡口。两焊接件厚度不大时，可以不开坡口。 2、填角焊缝 搭接接头和 T 型接头中的焊缝
第十一章铆接、焊接与胶接设计 《机械设计基础》教案(机电专业90学时) 称填角焊缝,它用来联接不在同一平面内的构件。 在搭接接头中〔如图所示),与载荷方向垂直的填角焊缝称为端焊缝(图a);与载荷方冋平 行的焊缝称为侧焊缝(图b);与载苘方向既不平行又不垂直的填角焊缝称为斜焊缝(图c); 个接头采用两种以上形式的填角焊缝称为组合焊缝。搭接接头工作时,应力分布不均匀,疲劳强 度较低。 三、特点 与铆接相比较,焊接具有强度高、工艺简单,由于联接而增加的质量小,工人劳动条件较好 等优点,所以应哟功能日益广泛,新的焊接方法发展也很迅速。另外,以焊接代替铸造可以节约 大量的金属,也便于制成 不同材料的组合体而节约 贵重或稀有金属。在技术 n)焊接减速器箱体 b)焊接齿轮 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,经济性较好。 如图所示为焊接箱体和齿轮的示例 二、焊接件常用材料及焊条 焊接的金属结构常用材料为Q215、Q235、Q255;焊接的零件则用Q75、15~50碳钢,以 及50M、50Mn2、50SiMn2等合金钢。在焊接中,广泛使用各种型材、板材及管材。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、E5003等 型号中的数字,前两位表示熔敷金属的最低抗拉强度极限(如43表示oB≥43kgf/mm2 ≈420MPa),第三位数字"0″或“I″表示适用于各种各种位置的焊接(平焊、立焊、仰焊、横 焊),第四位数字表示药皮类型及焊接电源,第三、四两位组合时,01表示钛铁矿型,O3表示钛 钙型,二者的电源均为交流或直流正反接。 213
第十一章 铆接、焊接与胶接设计 《机械设计基础》教案（机电专业 90 学时） 213 称填角焊缝，它用来联接不在同一平面内的构件。 在搭接接头中（如图所示），与载荷方向垂直的填角焊缝称为端焊缝（图 a）；与载荷方向平 行的焊缝称为侧焊缝（图 b）；与载荷方向既不平行又不垂直的填角焊缝称为斜焊缝（图 c）；一 个接头采用两种以上形式的填角焊缝称为组合焊缝。搭接接头工作时，应力分布不均匀，疲劳强 度较低。 三、特点 与铆接相比较，焊接具有强度高、工艺简单，由于联接而增加的质量小，工人劳动条件较好 等优点，所以应哟功能日益广泛，新的焊接方法发展也很迅速。另外，以焊接代替铸造可以节约 大量的金属，也便于制成 不同材料的组合体而节约 贵重或稀有金属。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，经济性较好。 如图所示为焊接箱体和齿轮的示例。 二、焊接件常用材料及焊条 焊接的金属结构常用材料为 Q215、Q235、Q255；焊接的零件则用 Q275、15～50 碳钢，以 及 50Mn、50Mn2、50SiMn2 等合金钢。在焊接中，广泛使用各种型材、板材及管材。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、E5003 等。 型号中的数字，前两位表示熔敷金属的最低抗拉强度极限（如 43 表示 σB ≥ 43kgf/mm2 ≈420MPa），第三位数字“0”或“1”表示适用于各种各种位置的焊接（平焊、立焊、仰焊、横 焊），第四位数字表示药皮类型及焊接电源，第三、四两位组合时，01 表示钛铁矿型，03 表示钛 钙型，二者的电源均为交流或直流正反接