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
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) 三、焊缝的强度计算 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,其正常的破坏形式是 沿焊缝断裂。端焊缝通常只用来承受拉力。侧焊缝和组合焊缝可用来承受拉力和弯矩。填角焊缝 往往由于剪切而破坏。 焊缝强度的计算,通常都是在假定应力均匀分布,且不计参与应力的条件下进行简化计算 并根据实验来去定其许用应力。这样作的原因是:1)焊接件受载时,焊缝附近的应力分布十分 复杂,应力集中及内应力很难准确决定。作这样条件性计算可以使计算大为简化;2)被焊件及 焊缝本身多为塑性较大的材料,对应力集中不太敏感;3)在设计及制造时,可采取各种措施保 证应力集中和内应力不致过大 常用的焊缝受载情况和强度计算公式可以参阅教材,在需要的时候可以查阅相关手册。 四、焊接件的工艺及设计注意要点 为了保证焊接质量,避免夹渣、未焊透 和缺焊等现象(如图所示),焊缝应按被焊 件的厚度开出相应的坡口形式,或者进行一)未焊透 般的倒棱修边工艺在焊接前时对水四图因 坡口进行清洗整理。 平③③ 焰化的金属冷却时要收缩,因4图经的 此使焊缝内产生残余应力,导致构件的翘曲。这不仅使焊接件难以获得精确的尺寸,且将影响倒 焊缝的强度。所以在满足强度条件的情况下,焊缝的长度应按实际结构尽可能取得短-些和分段 进行焊接,并避免焊缝交叉;还应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;焊后经热处理(退火),以消除内应力。此外,在焊接厚度不同的对接板时,应将较厚的 板件沿对接部位平滑輾薄或削薄到较薄板件的厚度,以利于焊缝金属均匀熔化和承载时的力流得 214
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） 214 三、焊缝的强度计算 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，其正常的破坏形式是 沿焊缝断裂。端焊缝通常只用来承受拉力。侧焊缝和组合焊缝可用来承受拉力和弯矩。填角焊缝 往往由于剪切而破坏。 焊缝强度的计算，通常都是在假定应力均匀分布，且不计参与应力的条件下进行简化计算， 并根据实验来去定其许用应力。这样作的原因是：1）焊接件受载时，焊缝附近的应力分布十分 复杂，应力集中及内应力很难准确决定。作这样条件性计算可以使计算大为简化；2）被焊件及 焊缝本身多为塑性较大的材料，对应力集中不太敏感；3）在设计及制造时，可采取各种措施保 证应力集中和内应力不致过大。 常用的焊缝受载情况和强度计算公式可以参阅教材，在需要的时候可以查阅相关手册。 四、焊接件的工艺及设计注意要点 为了保证焊接质量，避免夹渣、未焊透 和缺焊等现象（如图所示），焊缝应按被焊 件的厚度开出相应的坡口形式，或者进行一 般的倒棱修边工艺。在焊接前，应对 坡口进行清洗整理。 熔化的金属冷却时要收缩，因 此使焊缝内产生残余应力，导致构件的翘曲。这不仅使焊接件难以获得精确的尺寸，且将影响倒 焊缝的强度。所以在满足强度条件的情况下，焊缝的长度应按实际结构尽可能取得短一些和分段 进行焊接，并避免焊缝交叉；还应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；焊后经热处理（退火），以消除内应力。此外，在焊接厚度不同的对接板时，应将较厚的 板件沿对接部位平滑輾薄或削薄到较薄板件的厚度，以利于焊缝金属均匀熔化和承载时的力流得
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) 以平滑过渡。 在设计焊接件时,应注意恰当选取母体材料及焊条根据被焊件的厚度选择接头及坡口形式; 合理布置焊缝及焊缝长度;正确安排焊接工艺,以免施工不便及残余应力源。对于有强度要求的 重要焊缝,必须按照有关行业的强度规范进行焊缝尺寸的校核,同时还应规定一定技术水平的焊 工进行焊接,并在焊后仔细进行质量检验。 §11.3胶接 胶接及其应用 胶接是将胶接剂凃于被联接件之间经固化所形成的联接。这是很早就使用的—种不可拆卸 联接,例如木工使用的聚酯酸乙烯乳液(乳胶)粘合木质构件。但在机械制造中采用胶接的金属 构件,还是近50年来发展起来的新型工艺方法。 胶接的机理涉及到很多化学与物理的因素,目前虽已经有多种理论,但都不能作出圆满的解 释,所以也是目前各方面正在积极研究的课题之一。随着高分子化学,特别是石油化学工业的迅 速发展,胶接的理论 必将日益完善。 目前,胶接在机 床、汽车、拖拉机、 胶接组合蜗轮 b)螺纹接套与管件胶接 )蒙皮与型材胶接 d)蜂窝结构填料 造船、化工、仪表、航空、航天等各个工业部门中的应用日渐广泛,如图所示。 常用胶粘剂及其主要性能与选择原则 胶粘剂的品种繁多,可以从不同的角度化分为很多类别。现在我们仅按使用目的分为以下三 类作简单介绍 1、结构胶粘剂
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） 215 以平滑过渡。 在设计焊接件时，应注意恰当选取母体材料及焊条；根据被焊件的厚度选择接头及坡口形式； 合理布置焊缝及焊缝长度；正确安排焊接工艺，以免施工不便及残余应力源。对于有强度要求的 重要焊缝，必须按照有关行业的强度规范进行焊缝尺寸的校核，同时还应规定一定技术水平的焊 工进行焊接，并在焊后仔细进行质量检验。 §11.3 胶接 一、胶接及其应用 胶接是将胶接剂涂于被联接件之间经固化所形成的联接。这是很早就使用的一种不可拆卸的 联接，例如木工使用的聚酯酸乙烯乳液（乳胶）粘合木质构件。但在机械制造中采用胶接的金属 构件，还是近 50 年来发展起来的新型工艺方法。 胶接的机理涉及到很多化学与物理的因素，目前虽已经有多种理论，但都不能作出圆满的解 释，所以也是目前各方面正在积极研究的课题之一。随着高分子化学，特别是石油化学工业的迅 速发展，胶接的理论 必将日益完善。 目前，胶接在机 床、汽车、拖拉机、 造船、化工、仪表、航空、航天等各个工业部门中的应用日渐广泛，如图所示。 二、常用胶粘剂及其主要性能与选择原则 胶粘剂的品种繁多，可以从不同的角度化分为很多类别。现在我们仅按使用目的分为以下三 类作简单介绍。 1、结构胶粘剂
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) 这类胶粘剂在常温下的抗剪强度一般不低于8MPa,经受-般高、低温或化学的作用不降低 其性能,胶接件能承受较大的载荷。例如酚醛ˉ缩醛ˉ有杋硅胶粘剂、环氧-酚醛树脂胶粘剂和 环氧-有机硅胶粘剂等。 2、非结构胶粘剂 这类胶粘剂在正常使用时有一定的胶接强度,但在受到高温或重载时,性能迅速下降。例如 聚氨酯胶粘剂和酚醛-氯丁橡胶胶粘剂等。 3、其它胶粘剂 具有特殊用途(如防锈、绝缘、导电、透明、超高温、超低温、耐酸、耐碱等)的胶粘剂。 例如环氧导电胶和环氧超低温胶粘剂等。 在机械制造中,目前较为常用的是结构胶粘剂中的酚醛-缩醛-有机硅胶粘剂及环氧-酚醛 胶粘剂等。 胶粘剂的主要性能是胶接强度(耐热性、耐介质性、耐老化性)固化条件(温度、压力 保持时间)工艺性能(涂布性、流动性、有效贮存期)以及其它特殊性能(如防锈等。) 胶粘剂的力学性能随着胶接件材料、环境温度、固化条件、胶层厚度、工作时间、工艺水平 等不同而不同。例如可用于胶接各种碳钢、合金钢、铝镁、钛等合金以及各种玻璃钢的酚醛· 缩醛ˉ有机硅胶粘剂(牌号未204胶)胶接30 CrMnSia钢时,在常温下剪切强度大于2.8MPa 200℃时,剪切强度大于158MPa;300℃时,剪切强度大于4MPa; 胶粘剂的选择原则,主要是针对胶接件的使用要求及环境条件,从胶接强度、工作温度、固 化条件等方面选取胶粘剂的品种,并兼顾产品的特殊性要求(如防锈等)及工艺上的方便。此外, 如对受一般冲击、振动的产品,宜选用弹性模量小的胶粘剂;在边应力条件下工作的胶接件,应 选膨胀系数与零件材料的膨胀系数近似的胶粘剂等。 三、胶接的基本工艺过程
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） 216 这类胶粘剂在常温下的抗剪强度一般不低于 8MPa，经受一般高、低温或化学的作用不降低 其性能，胶接件能承受较大的载荷。例如酚醛－缩醛－有机硅胶粘剂、环氧－酚醛树脂胶粘剂和 环氧－有机硅胶粘剂等。 2、非结构胶粘剂 这类胶粘剂在正常使用时有一定的胶接强度，但在受到高温或重载时，性能迅速下降。例如 聚氨酯胶粘剂和酚醛－氯丁橡胶胶粘剂等。 3、其它胶粘剂 具有特殊用途（如防锈、绝缘、导电、透明、超高温、超低温、耐酸、耐碱等）的胶粘剂。 例如环氧导电胶和环氧超低温胶粘剂等。 在机械制造中，目前较为常用的是结构胶粘剂中的酚醛－缩醛－有机硅胶粘剂及环氧－酚醛 胶粘剂等。 胶粘剂的主要性能是胶接强度（耐热性、耐介质性、耐老化性）、固化条件（温度、压力、 保持时间）、工艺性能（涂布性、流动性、有效贮存期）以及其它特殊性能（如防锈等。） 胶粘剂的力学性能随着胶接件材料、环境温度、固化条件、胶层厚度、工作时间、工艺水平 等不同而不同。例如可用于胶接各种碳钢、合金钢、铝、镁、钛等合金以及各种玻璃钢的酚醛－ 缩醛－有机硅胶粘剂（牌号未 204 胶）胶接 30CrMnSiA 钢时，在常温下剪切强度大于 22.8MPa； 200ºC 时，剪切强度大于 15.8MPa；300ºC 时，剪切强度大于 4MPa； 胶粘剂的选择原则，主要是针对胶接件的使用要求及环境条件，从胶接强度、工作温度、固 化条件等方面选取胶粘剂的品种，并兼顾产品的特殊性要求（如防锈等）及工艺上的方便。此外， 如对受一般冲击、振动的产品，宜选用弹性模量小的胶粘剂；在边应力条件下工作的胶接件，应 选膨胀系数与零件材料的膨胀系数近似的胶粘剂等。 三、胶接的基本工艺过程
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) 1、胶接件胶接表面的制备 胶接表面一般需经过除油处理、机械处理及化学处理,以便清除表卖弄油污及氧化层,改造 表面粗糙度,使其达到最佳胶接表面状态。表面粗糙度一般应为32~1.6,过高或过低都会降低 胶接的强度。 2、胶粘剂配制 因大多数胶粘剂是“多组分”的,在使用前应按规定的程序及正确的配方比例妥善配置。 3、涂胶 采用适当的方法涂布胶粘剂(如喷涂、剛涂、滚涂、浸渍、贴膜等),以保证厚薄合适,均 匀无缺、无气泡等。 4、清理 在涂胶装配厚,清除胶接件上多余的胶粘剂。 5、固化 根据胶接件的使用要求、接头形式、接头面积等,恰当选定固化条件(温度、压力及保持时 间),使胶接固化 6、质量检验 对胶接产品只要是进行Ⅹ光、超声波探伤、放射性同位素或激光全息摄影等无损检验,以防 止胶接接头存在严重缺陷。 四、胶接接头的结构形式、受力状况及设 计要点 mmmm zina 胶接接头的典型结构如图所示。 )板件接头 b)圈柱形接头 e)锥形及直孔接头 d)角接
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） 217 1、胶接件胶接表面的制备 胶接表面一般需经过除油处理、机械处理及化学处理，以便清除表卖弄油污及氧化层，改造 表面粗糙度，使其达到最佳胶接表面状态。表面粗糙度一般应为 3.2～1.6，过高或过低都会降低 胶接的强度。 2、胶粘剂配制 因大多数胶粘剂是“多组分”的，在使用前应按规定的程序及正确的配方比例妥善配置。 3、涂胶 采用适当的方法涂布胶粘剂（如喷涂、刷涂、滚涂、浸渍、贴膜等），以保证厚薄合适，均 匀无缺、无气泡等。 4、清理 在涂胶装配厚，清除胶接件上多余的胶粘剂。 5、固化 根据胶接件的使用要求、接头形式、接头面积等，恰当选定固化条件（温度、压力及保持时 间），使胶接固化。 6、质量检验 对胶接产品只要是进行 X 光、超声波探伤、放射性同位素或激光全息摄影等无损检验，以防 止胶接接头存在严重缺陷。 四、胶接接头的结构形式、受力状况及设 计要点 胶接接头的典型结构如图所示
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) 胶接接头的受力状况有拉伸、剪切、剥离与扯窝等。实践证明:胶缝的抗剪及抗拉伸能力强 而抗扯离及抗剥离的能力弱 胶接接头的设计要点是 1)针对胶接件的工作要求正确选择胶粘剂;2)合理选定接头形式;3)恰当选择工艺参数 4)充分利用胶缝的承载特性,尽可能使胶缝承受剪切或拉伸载荷,而避免扯离,特别使剥离载 荷不宜采用胶接接头;5)从结构上适当采取防止剥窝的措施,如加装紧固元件,在边缘采用卷 边和加大胶接面积等,以防止 从边缘或拐角处脱缝;6)尽 b)剪切 e)剥离 d)扯离 量减小胶缝处的应力集中,如 将胶缝处的板材端部切成斜角等;7)当有较大的冲击、振动时,应在胶接面间増加玻璃布层等 缓冲减振材料。 五、胶接与铆接、焊接的比较 胶接与铆接、焊接相比,其优点是:1)质量较小(一般可小20%左右),材料的利用率较 高;2)不回使胶缝附近的母体材料的金相组织改变,冷却时液不回产生翘曲和变形;3)因为是 全部贴合面间的胶粘联接,应力分布比较均匀,故耐疲劳、耐蠕变性箭好;4)能使异型、复杂、 微小和很薄的元件以及金属与非金属构件相互联接;5)所需设备简单,操作方便,无噪声,劳 动条件好,劳动生产率高,成本较低;6)密封性比铆接可靠,如环氧胶粘剂可耐水压达2MPa 7)工作温度在有特殊要求时可达ˉ200°C~1000°C(一般为-60%~400);8)能满足防锈、 绝缘、透明等特殊要求。其缺点是:1)工作温度过高时,胶接强度将随温度的增高而显著下降; 2)抗剥离、抗弯曲及抗冲击振动性能差;3)耐老化耐介质(如酸碱等)性能较差,且不稳定 4)有的胶粘剂(如酚醛-缩醛ˉ有机硅耐高温胶粘剂)所需的胶接工艺较为复杂;5)胶接件的 缺陷有时不易发现,目前尚无晚上可靠的无损检验方法。 218
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） 218 胶接接头的受力状况有拉伸、剪切、剥离与扯离等。实践证明：胶缝的抗剪及抗拉伸能力强， 而抗扯离及抗剥离的能力弱。 胶接接头的设计要点是： 1）针对胶接件的工作要求正确选择胶粘剂；2）合理选定接头形式；3）恰当选择工艺参数； 4）充分利用胶缝的承载特性，尽可能使胶缝承受剪切或拉伸载荷，而避免扯离，特别使剥离载 荷不宜采用胶接接头；5）从结构上适当采取防止剥离的措施，如加装紧固元件，在边缘采用卷 边和加大胶接面积等，以防止 从边缘或拐角处脱缝；6）尽 量减小胶缝处的应力集中，如 将胶缝处的板材端部切成斜角等；7）当有较大的冲击、振动时，应在胶接面间增加玻璃布层等 缓冲减振材料。 五、胶接与铆接、焊接的比较 胶接与铆接、焊接相比，其优点是：1）质量较小（一般可小 20％左右），材料的利用率较 高；2）不回使胶缝附近的母体材料的金相组织改变，冷却时液不回产生翘曲和变形；3）因为是 全部贴合面间的胶粘联接，应力分布比较均匀，故耐疲劳、耐蠕变性能好；4）能使异型、复杂、 微小和很薄的元件以及金属与非金属构件相互联接；5）所需设备简单，操作方便，无噪声，劳 动条件好，劳动生产率高，成本较低；6）密封性比铆接可靠，如环氧胶粘剂可耐水压达 2MPa； 7）工作温度在有特殊要求时可达－200ºC～1000ºC（一般为－60ºC～400ºC）；8）能满足防锈、 绝缘、透明等特殊要求。其缺点是：1）工作温度过高时，胶接强度将随温度的增高而显著下降； 2）抗剥离、抗弯曲及抗冲击振动性能差；3）耐老化、耐介质（如酸碱等）性能较差，且不稳定； 4）有的胶粘剂（如酚醛－缩醛－有机硅耐高温胶粘剂）所需的胶接工艺较为复杂；5）胶接件的 缺陷有时不易发现，目前尚无晚上可靠的无损检验方法
