第7章-机械连接1

第7章机械零件的连接主要内容•第一节连接的分类与要求•第二节可拆连接•第三节不可拆连接7.1连接的分类与要求7.1.1连接的分类根据连接结构的特点可分为：1.可拆连接：零件可反复拆装，不影响设备使用性能。2.永久连接（不可拆连接）：拆开后至少有一个零件被损坏。根据连接零件的性质可分为：机械零件与机械零件的连接和光学零件与机械零件的连接。7.1.2连接的要求1)足够的连接强度；2)连接精度（零件之间足够准确的相对位置）；3)连接结构的可靠性（振动和冲击下不松动）；4)连接工艺性好（连接方便）；5)满足特殊要求（密封，绝缘，导电...）。7.2可拆连接7.2.1螺钉和螺纹连接7.2.2销钉连接7.2.3键连接可拆连接的主要型式可拆连接主要有螺钉（包括螺栓）和螺纹连接、销钉连接和键连接等7.2.1螺钉和螺纹连接•螺钉连接－利用连接零件把被连接零件连接在一起a.螺栓连接b.螺钉连接c.双头螺栓连接螺钉和螺纹连接的基本要素都是螺纹螺栓连接用于被连接零件不太厚的情况螺钉连接用于连接零件之一比较厚，或由于结构原因，不便安装螺母时，直接在该被连接零件上制出螺孔，把螺钉拧入，构成连接。双头螺栓连接为了避免带螺孔的被连接零件因经常拆而使螺孔受到损坏，可采用双头螺栓连接螺纹连接－利用被连接零件本身所具有的螺纹，直接进行连接粗牙和细牙普通螺纹当粗牙螺纹和洗牙螺纹具有相同的公称直径时，细牙螺纹具有较小的螺距和螺纹深度，适于作薄壁零件（如光学仪器中镜筒等）和薄板零件上的螺纹。由于细牙螺纹螺旋升角较小，因而具有较强的防松能力。专用联接螺纹1.连接螺纹的主要类型1）目镜螺纹一种特殊用途的梯形螺纹，牙型角60o，专用于目镜与镜框之间的连接。常制成多头螺纹。为了转动均匀、轻快的在转角不大的情况下得到较大的轴向移动，目镜螺纹通常制成多头螺纹2）显微镜物镜螺纹国际通用特殊标准螺纹，牙型角55o，专用于显微镜上物镜组件与镜管的连接，以便于更换不同倍率的物镜3）圆柱管螺纹多用于水、煤气管路，以及润滑和电气管路系统的连接，螺纹牙型角55o。圆柱管螺纹的公称直径不等于螺纹大径，而近似等于管子的孔径。一般使用英制，如：G1/2(1)螺钉连接零件的型式螺钉、螺栓、螺母、垫圈等出于防锈、美观的考虑，螺钉会进行电镀（镀铬、锌）、发黑等处理2.螺钉连接零件的型式及应用(2)应用基本用途－连接零件和固定零件其它用途－调节零件位置、作为转动零件的心轴、与直线运动零件组成导轨等。3.螺钉连接的结构设计1）连接零件型式的选定（1）螺钉连接型式圆柱头螺钉球面圆柱头螺钉沉头螺钉2）确定螺钉直径、长度、数量及排列形式当拧入材料厚度不够时可采用下列结构：螺钉的长度，取决于通孔的被连接零件1的厚度h和螺钉拧入零件2的深度lh应大于螺钉螺尾或退刀槽长度，当h太大时可用螺钉头沉入零件1的方法；l的长度根据母材而定：拧入钢或青铜中时l=d，拧入铸铁中l=（1.25-1.5）d，拧入铝中l=（1.5-2.5）d。螺钉的数量及排列形式几何均布圆周均布足够的扳手空间数量根据零件的结构和形状而定。螺钉按圆周排列时，不少于三个；连接窄片零件，可用1-2个；大而薄的且要求密封的零件，螺钉数目适当增加。考虑扳手空间的大小、制造方便。采用的螺钉类型和规格尽可能少。3）被连接零件的定位（1）利用两个定位销定位（2）利用圆柱配合面和一个定位销定位单个螺钉连接的防转结构5）螺钉放松和防丢失的结构•（1）用增加摩擦力的方法防松•（2）用机械固定的方法防松（3）用粘结方法防松（4）防止螺钉丢失的结构应用在受力不大的情况下7.2.2销钉连接1.销钉的类型和应用类型:圆柱销、圆锥销、槽销、销轴、开口销作用：定位、连接、保安全圆柱销：结构简单。制造时易于达到较高的精度，因此主要用于定位销，靠过盈固定在被连接零件上，不宜多次拆卸。圆锥销：用作连接零件来传递一定扭矩。圆锥销具有1：50的锥度，因锥度很小，在承受横向载荷时可以自锁，有时也在定位零件，能经受多次拆装而不影响性能。缺点是销钉孔需要锥形铰刀铰制。2.销钉连接的结构设计1）根据结构要求选定销钉类型2）根据结构条件选定销钉尺寸（表7-1）3.销钉连接的防松7.2.3键连接•键主要用于轴和轴上零件之间的连接，实现周向固定以传递转矩，有时也能实现轴向定位或者轴向滑动导向。1.键的类型、特点和应用平键半圆键斜键1）平键普通平键：用于轮毂与轴没有相对轴向移动的连接（静连接）两侧是工作面平键导键和滑键：用于轮毂需要沿轴向移动的连接（动连接）移动距离大时，宜用滑键2）半圆键优点：工艺性好缺点：键槽比较深应用：主要用于锥形轴的辅助装置连接和小载荷的连接两个侧面是工作面3）斜键－楔键•靠摩擦力传递转矩，并能承受单方向的轴向力。•适于定位精度要求不高，转速较低的连接中。楔键上下两面都是工作面2.键连接的设计与计算（1）选型（2）确定尺寸和材料（3）强度计算－载荷较大时，进行验算•挤压强度条件•剪切强度条件•许用应力：表7－2－许用剪切应力－许用挤压应力度；－键与轮毂槽的接触高－键的工作长度；－键宽；－轴颈；－传递的转矩；－均匀或剪切力；][][][2][2PPPklbdTFdblTblFdklTklF键连接•花键连接－齿侧面是工作面特点：承载能力高，对轴的削弱小，联接零件与轴的对中性好，导向精度高等。应用：定心精度高，载荷大，轴上零件经常滑移的场合矩形花键渐开线花键7.3不可拆连接不可拆连接的主要连接型式有：焊接、铆接、压合、铸合、胶接；主要特点：结构简单、工作可靠、结构紧凑、成本低；应用：不影响精密机械与仪器的制造、装备、检修及使用的要求下，应优先采用不可拆连接。1）焊接定义：是利用加热（有时还需加压），使两个及以上的金属件在连接处的原子或分子相结合的一种不可拆连接方法分类：按照加热方法和焊接过程的特点可分为：熔焊（气焊、电弧焊、电渣焊等）、压焊（电阻焊、摩擦焊、感应焊、冷压焊）和钎焊。精密仪器中主要应用的是：电阻焊（点焊、缝焊、对焊）、钎焊（1）电阻焊定义：又称接触焊，利用电流通过焊件接头的接触面及邻近区域产生的电阻能热，将被焊金属加热到局部熔化或达到高温塑性状态，在外力的作用下形成牢固的焊接接头的工艺过程，称为电阻焊。分类：根据焊接头的形状电阻焊可分为：点焊、缝焊和对焊点焊定义：两工件由棒状铜合金电极压紧后通电加热，在工件之间生成椭球状的熔化核心，切断电流后该核心冷凝而形成熔核，它便成为连接两工件的点状焊缝。优点：生产效率高，成本低，焊件在焊接后的变形及物理性质变化小。缺点：不能得到气密性的连接，且焊点处留有难以去除的电极痕迹应用：焊接薄板零件。焊件的厚度一般为0.05~6mm，有时可扩大至10mm，甚至30mm。焊件数量最好是2件，一般不超过3件。缝焊缝焊与点焊的区别：缝焊是以圆盘状铜合金电极(滚轮电极)代替点焊的棒状电极。焊接时，滚轮电极压紧工件的同时，并作波动。使工件产生移动。电极在滚动过程中通电，每通一次电就在工件间形成一个焊点。连续通电，在工件间便出现相互重叠的焊点，从而形成连续的焊缝，亦可断续通电或滚轮电极以步进式滚动时通电获得重叠的焊点。应用：缝焊接头也须是搭接，由于焊缝是焊点的连续，所以用于焊接要求气密或液密的薄壁容器，如油箱、水箱、暖气包、火焰筒等。焊接件厚度：钢质零件在2mm以下，有色金属在1.5mm以下。对焊定义：把焊件整个接触面焊接在一起的连接。对焊一般按加压及通电方式的不同可分为：电阻对焊、闪光对焊、滚对焊。电阻对焊与闪光对焊均是基本的对焊方法。焊接时把焊件分别夹持在两对夹具之间，将焊件的两端面对准，并在接触处通电加热进行焊接。电阻对焊与闪光对焊的区别：操作方法不同，电阻对焊是焊件对正加压后再通电加热；而闪光对焊则是先向焊件通电，而后使焊件接触建立闪光过程进行加热。电阻对焊闪光对焊电阻焊优点：•a.两金属是在压力下从内部加热完成焊接的，无论是焊点的形成过程或结合面的形成过程，其冶金问题都很简单。因此，焊接时无需焊剂或气体保护，也不需使用焊丝、焊条等填充金属，便可获得质量较好的焊接接头，其焊接成本低。•b.由于热量集中，加热时间短，故热影响区小，变形和应力也小。通常焊后不必考虑矫正或热处理工序。•c.操作简单，易于实现机械化和自动化生产，无噪声及烟尘，劳动条件好。•d.生产率高，在大批量生产中可以与其他制造工序一起编到组装生产线上。只有闪光对焊因有火花喷溅需要作适当隔离。电阻焊缺点：a.目前尚缺乏可靠的无损检测方法，焊接质量只能靠工艺试样和破坏性试验来检查，以及靠各种监控技术来保证。b.点焊和缝焊需用搭接接头，增加了构件的重量，其接头的抗拉强度和疲劳强度均较低。c.设备功率大，机械化和自动化程度较高，故设备投资大，维修较困难。大功率焊机馈电网负荷困难，若是单相交流焊机，则对电网的正常运行有不利的影响。（2）钎焊钎焊是利用钎料把零件连接在一起的连接，它与熔焊方法不同，钎焊时母材不熔化，采用比母材熔化温度低的钎料，加热温度采取低于母材固相线而高于钎料液相线的一种连接方法。当被连接的零件和钎料加热到钎料熔化，利用液态钎料在母材表面润湿、铺展与母材相互溶解和扩散和在母材间隙中润湿、毛细流动、填缝与母材相互溶解和扩散而实现零件间的连接。钎焊还能用加热的方法将零件拆卸，并可重新钎焊。钎焊优点：•钎焊加热温度较低，对母材组织和性能影响较小；•钎焊接头平整光滑，外形美观；•焊件变形较小，尤其是采用均匀加热（如炉中钎焊）的钎焊方法，焊件的变形可减小到最低程度，容易保证焊件的尺寸精度；•某些钎焊方法一次可焊成几十条或成百条钎缝，生产率高；•可以实现异种金属或合金、金属与非金属的连接。钎焊缺点：•钎焊接头强度比较低；•耐热能力比较差；•耐蚀能力差；•装配精度要求高。钎料的分类钎料按其熔化温度范围分为软钎料和硬钎料。前者熔点在450℃以下，后者熔点在450℃以上。又根据组成钎料的主要元素把这两类又细分为各种基的钎料。软钎料有：铋基、铟基、锡基、铅基、镉基、锌基等钎料。硬钎料有：铝基、银基、铜基、锰基、镍基、金基、钛基等钎料。钎剂钎焊时使用的熔剂称钎剂（钎焊焊剂）。它是保证钎焊过程顺利进行和获得致密接头不可缺少的焊接材料之一。钎剂的作用：1)清除钎料和母材表面的氧化物；2)保护焊件和液态钎料在钎焊过程中免受氧化；3)改善液态钎料对焊件的润湿性。2)铆接定义：利用铆钉或被连接件之一上的铆钉作用的铆接颈产生局部变形，形成铆钉头，把零件连在一起的方法。（1）铆接原则制成铆钉头的过程中，由于铆接力的作用，被连接零件的连接处也会发生变形，为了尽量减少被铆接零件在铆接时的损伤，应注意以下原则：a.铆钉材料的弹性模量小于被连接零件的弹性模量，且被连接零件的弹性模量尽可能大，而铆钉的弹性模量尽可能小；b.尽可能增大被连接零件的的支承面；c.尽可能减小铆接力铆接减小铆接力的铆接结构空心铆钉铆接空心铆接颈铆接收铆铆接结构（2）铆接种类和铆接形式按使用要求不同，铆接可分为两种：a.活动铆接(铰链铆接)活动铆接的结合部位可以相互转动，例如：手用钳、剪刀、划规等工具的铆接。b.固定铆接固定铆接的结合部位是固定不动的。按铆接方法不同，铆接还可分三种：a.冷铆冷铆是指铆接时，铆钉不需加热，直接全部镦出铆合头。因此铆钉材料必须具有较高的延展性。直径在8mm以下的钢制铆钉都可用冷铆方法铆接。b.热铆热铆是指把铆钉整个加热到一定温度，然后再铆接。因铆钉受热后塑性好，容易成型，并且在冷却后铆钉杆收缩，更加大了结合强度。所以在热铆时把孔径放大0.5mm～1mm，使铆钉在热态时容易插入。直径大于8mm的钢铆钉大多用热铆。c.混合铆用混合铆铆接时，只加热铆钉的铆合头端部。对细长的铆钉，常采用这种方法，以免铆接时铆钉杆弯曲。(3)铆钉直径和长度的确定a.铆钉直径的确定铆接时铆钉直径的大小与被连接板厚度、连接形式及被连接板材料等多种因素有关。当被连接板材厚度相同时，铆钉直径一般等于板厚的1.8倍。当被连接板材厚度不同而搭接连接时，铆钉直径一般等于最小板厚的1.7倍。标准铆钉的直径可按GB152.1