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1、機電裝備儀器的工程化設(shè)計,第8講 焊接件與螺紋連接設(shè)計要領(lǐng) 主講教師：康宜華教授,焊接與焊接件,焊接加工方法越來越多使用。 主要原因： 快 省 多樣,常用焊接方法及特點,一、釬焊 釬焊是利用熔點比母材低的金屬作為釬料，加熱后，釬料熔化，焊件不熔化，利用液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴散，將焊件牢固的連接在一起。 根據(jù)釬料熔點的不同，將釬焊分為軟釬焊和硬釬焊。 （1）軟釬焊：軟釬焊的釬料熔點低于450C，接頭強度較低(小于70 MPa)。 （2）硬釬焊：硬釬焊的釬料熔點高于450C，接頭強度較高(大于200 MPa)。 釬焊接頭的承載能力與接頭連接面大小有關(guān)。因此，釬焊一般采

2、用搭接接頭和套件鑲接，以彌補釬焊強度的不足。,二、電弧焊 利用電弧作為熱源的熔焊方法，稱為電弧焊?？煞譃槭止る娀『浮⒙窕∽詣雍负蜌怏w保護焊等三種。手工自動焊的最大優(yōu)點是設(shè)備簡單，應(yīng)用靈活、方便，適用面廣，可焊接各種焊接位置和直縫、環(huán)縫及各種曲線焊縫。尤其適用于操作不變的場合和短小焊縫的焊接；埋弧自動焊具有生產(chǎn)率高、焊縫質(zhì)量好、勞動條件好等特點；氣體保護焊具有保護效果好、電弧穩(wěn)定、熱量集中等特點。,常用焊接方法及特點,三、電阻焊 電流通過工件及焊接接觸面間所產(chǎn)生的電阻熱，將焊件加熱至塑性或局部熔化狀態(tài)，再施加壓力形成焊接接頭的焊接方法。分為點焊、縫焊和對焊3種形式。 （1）點焊：將焊件壓緊在兩個

3、柱狀電極之間，通電加熱，使焊件在接觸處熔化形成熔核，然后斷電，并在壓力下凝固結(jié)晶，形成組織致密的焊點。適用于焊接4 mm以下的薄板(搭接)和鋼筋，廣泛用于汽車、飛機、電子、儀表和日常生活用品的生產(chǎn)。 （2）縫焊：縫焊與點焊相似，所不同的是用旋轉(zhuǎn)的盤狀電極代替柱狀電極。疊合的工件在圓盤間受壓通電，并隨圓盤的轉(zhuǎn)動而送進，形成連續(xù)焊縫。 縫焊適宜于焊接厚度在3 mm以下的薄板搭接，主要應(yīng)用于生產(chǎn)密封性容器和管道等。,常用焊接方法及特點,（3）對焊（面焊）：分為電阻對焊和閃光對焊。 1）電阻對焊 先施加頂鍛壓力(1015 MPa)，使工件接頭緊密接觸，通電加熱至塑性狀態(tài)，然后施加頂鍛壓力(3050 M

4、Pa)，同時斷電，使焊件接觸處在壓力下產(chǎn)生塑性變形而焊合。操作簡便，接頭外形光滑，但對焊件端面加工和清理要求較高，否則會造成接觸面加熱不均勻，產(chǎn)生氧化物夾雜、焊不透等缺陷，影響焊接質(zhì)量。一般只用于焊接直徑小于20 mm、截面簡單和受力不大的工件。,常用焊接方法及特點,2）閃光對焊 先通電，再使兩焊件輕微接觸，由于焊件表面不平，使接觸點通過的電流密度很大，金屬迅速熔化、氣化、爆破，飛濺出火花，造成閃光現(xiàn)象。繼續(xù)移動焊件，產(chǎn)生新的接觸點，閃光現(xiàn)象不斷發(fā)生，待兩焊件端面全部熔化時，迅速加壓，隨即斷電并繼續(xù)加壓，使焊件焊合。 對焊的接頭質(zhì)量好，對接頭表面的焊前清理要求不高。常用于焊接受力較大的重要工件

5、。閃光對焊不僅能焊接同種金屬，也能焊接鋁鋼、鋁銅等異種金屬，可以焊接0.01 mm的金屬絲，也可以焊接直徑500 mm的管子及截面為20 000 mm2的板材。,四、激光焊 激光焊利用聚焦的激光束作為能源轟擊工件所產(chǎn)生的熱量進行焊接。具有如下特點： 1）激光束能量密度大，加熱過程極短，焊點小，熱影響區(qū)窄，焊接變形小，焊件尺寸精度高； 2）可以焊接常規(guī)焊接方法難以焊接的材料，如焊接鎢、鉬、鉭、鋯等難熔金屬； 3）可以在空氣中焊接有色金屬，而不需外加保護氣體； 4）激光焊設(shè)備較復(fù)雜，成本高。 激光焊可以焊接低合金高強度鋼、不銹鋼及銅、鎳、鈦合金等；異種金屬以及非金屬材料(如陶瓷、有機玻璃等)；目前

6、主要用于電子儀表、航空、航天、原子核反應(yīng)堆等領(lǐng)域。,常用焊接方法及特點,五、電子束焊 電子束焊在真空中利用聚焦的高速電子束轟擊焊接表面，使之瞬間熔化并形成焊接接頭。 具有以下特點： 1）能量密度大，電子穿透力強； 2）焊接速度快，熱影響取消，焊接變形??； 3）真空保護好，焊縫質(zhì)量高，特別適用于活波金屬的焊接。 電子束焊用于焊接低合金鋼、有色金屬、難熔金屬、復(fù)合材料、異種材料等，薄板、厚板均可。特別適用于焊接厚件及要求變形很小的焊件、真空中使用器件、精密微型器件等。,常用焊接方法及特點,焊接件設(shè)計要領(lǐng),a.根據(jù)工藝性能選擇焊接材料 優(yōu)先選用含碳量低于0.25%的碳鋼或碳當量低于0.4%的合金鋼

7、。這類材料的焊接性能、切削 性能等都比較好。 b.根據(jù)焊接件結(jié)構(gòu)選擇焊接材料 在滿足承載能力等工作條件的前提下，考慮體積、重量、經(jīng)濟因素，盡量選用型材和管材，以減少焊縫數(shù)量，簡化焊接工藝。 c.根據(jù)焊接方法選擇焊接材料（如圖表一）,8A.1焊接件材料的選擇,焊接件設(shè)計要領(lǐng),焊接件設(shè)計要領(lǐng),焊接件設(shè)計要領(lǐng),8A.2 合理設(shè)計外形和選擇型材,焊接件應(yīng)盡量采用直線輪廓，以提高焊接工藝性，并使造型簡明、美觀。 其結(jié)構(gòu)最好能用各種標準的型鋼或鋼板拼焊而成， 其種類和尺寸型號也應(yīng)盡量少。 只有必要時才用鑄焊結(jié)構(gòu)。,不銹鋼和鋁的焊接件也越來越多使用。,8A.3 減少焊前切削加工,用鋼板焊接制

8、造零件時，盡量使所用的零件形狀簡單、規(guī)范，以減少加工工作量和邊角廢料。,焊接件的優(yōu)勢在于用標準的型材和板材經(jīng)過簡單的切割下料，然后成型加工。,焊接件設(shè)計要領(lǐng),8A.4 焊接件不要簡單模仿鑄件（一）,鑄件改為焊接件后應(yīng)按焊接工藝的特點，在保證實現(xiàn)原有功能前提下，采用焊接加工方便的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。,焊接件設(shè)計要領(lǐng),8A.5 焊接件不要簡單模仿鑄件（二）,保證焊接件的剛度。機座的地腳部分由于鋼板較薄，可將凸臺設(shè)計成雙層結(jié)構(gòu)，并增設(shè)加強肋。,鳥巢的塔架結(jié)構(gòu),焊接件設(shè)計要領(lǐng),8A.6 盡量減少組成焊接件的零件數(shù)和焊縫數(shù),上圖的焊接件由角鋼和小平板組成共11件。 下圖采用鋼板彎曲件以后，則減少到5件，焊

9、逢數(shù)目也大量減少。,焊接件設(shè)計要領(lǐng),8A.7 注意提高焊接懸臂梁根部的強度,懸臂梁根部應(yīng)力最大，是它的薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)注意提高該部位的強度，尤其是受變應(yīng)力的場合，宜采用下圖的結(jié)構(gòu)，使焊縫避開最大彎矩截面。,焊接件設(shè)計要領(lǐng),焊接件設(shè)計要領(lǐng),8A.8 焊接接頭應(yīng)力求過渡平緩,a.焊接接頭的四種形式,根據(jù)被焊件的相互位置，接頭形式有以上四種。,b.焊接接頭的坡口形式及尺寸要求,焊接件設(shè)計要領(lǐng),搭接接頭的尺寸要求,對接接頭的坡口形式,角接接頭坡口形式,焊接件設(shè)計要領(lǐng),T形接頭的坡口形式,8A.8 焊接接頭應(yīng)力求過渡平緩,在槽鋼側(cè)面焊接一個蓋板以提高其強度和剛度，應(yīng)使其各斷面的剛度逐漸加大，以避免突變的部位

10、形成薄弱的環(huán)節(jié)。,焊接件設(shè)計要領(lǐng),8A.9 焊縫不宜安排在機械加工表面或轉(zhuǎn)折處,左圖中機械加工后焊縫被切掉一部分，其強度降低，而在轉(zhuǎn)折處受力較大，焊接時操作要求較高。 右圖改進后的結(jié)構(gòu)。,焊接件設(shè)計要領(lǐng),8A.10 斷面轉(zhuǎn)折處不應(yīng)布置焊逢,一般情況下不應(yīng)在斷面轉(zhuǎn)折處布置焊逢。如確實需要，則焊逢在轉(zhuǎn)折處不應(yīng)中斷，否則容易產(chǎn)生裂紋。,焊接件設(shè)計要領(lǐng),8A.11 避免焊逢底部受拉應(yīng)力,焊逢底部抗拉強度較差，應(yīng)盡量避免焊縫底部受拉力，為了提高焊縫強度，要進行背面補焊。,焊接件設(shè)計要領(lǐng),8A.12 截面形狀應(yīng)有利于減少變形和應(yīng)力集中,焊接件設(shè)計應(yīng)具有對稱性。焊縫布置與焊接順序也應(yīng)對稱。這樣，就可以利用

11、各條焊縫冷卻時的力和變形的互相均衡，使焊件整體的變形較小。,焊接件設(shè)計要領(lǐng),8A.13 正確選擇焊縫位置,選擇好焊縫位置可以減少變形量。 圖中底座頂板內(nèi)側(cè)縫口大，在內(nèi)側(cè)開坡口，并在內(nèi)側(cè)焊接可以減小變形量，使頂板比較平直，內(nèi)側(cè)焊接頂板變形角度為，外側(cè)焊接頂板變形角度為，而<。,焊接件設(shè)計要領(lǐng),8A.14 不要讓焊接影響區(qū)相距太近,為使熱影響減小，各條焊縫應(yīng)相互錯開。以免影響區(qū)相距太近，使變形太大，強度降低。,焊接件設(shè)計要領(lǐng),8A.15 避免多條焊縫匯聚,多條焊縫匯聚時，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，發(fā)熱和變形大，強度低，應(yīng)盡量避免，如在匯聚處A作出缺口（B）。,焊接件設(shè)計要領(lǐng),8A.16 考慮氣體擴散,焊接密閉容

12、器時，應(yīng)考慮焊接時容器中的氣體是否能釋放出來。較差的圖中所示結(jié)構(gòu)氣體釋放不好，不易焊牢，若預(yù)先設(shè)計一放氣孔，使氣體能夠釋放，則有利于焊接。,焊接件設(shè)計要領(lǐng),8A.17 減小焊縫的受力,焊縫應(yīng)安排在受力較小的部位。如輪轂與輪圈之間的焊縫應(yīng)盡量安排在距回轉(zhuǎn)中心遠一些的部位。 套管與板的連接，應(yīng)將套管插入板孔，進行角焊，這種結(jié)構(gòu)可以減小焊縫受力。,焊接件設(shè)計要領(lǐng),8A.18 合理利用型材，簡化焊接工藝,較差的圖中下部的封口用熱軋普通槽鋼，A處焊接困難。若改為兩條角鋼焊接，則A所指處焊接較方便。,焊接件設(shè)計要領(lǐng),8A.19 焊縫的加強肋布置要合理,合理布置加強肋可以提高焊接件強度和剛度，若布置不合理

13、，不但不起作用，甚至引起更大的焊接變形。受力集中處的焊縫應(yīng)增設(shè)加強肋以改善焊縫的受力狀況，使水平梁上下翼板的力通過隔板傳遞到立柱兩側(cè)。,焊接件設(shè)計要領(lǐng),8A.20 采用板料彎曲件以減少焊縫,用鋼板焊接的零件，如改為先將鋼板彎曲成一定形狀再進行焊接，不但可以減少焊縫，而且可使焊縫對稱和外形美觀。,焊接件設(shè)計要領(lǐng),8A.21 箱形截面的構(gòu)件用點焊連接時，應(yīng)把連接處放在中性軸處,箱形截面的梁，受彎曲應(yīng)力時，點焊處不宜安排在承受彎曲應(yīng)力最大的上下面，而在中性軸處焊拉，所受應(yīng)力較小。,焊接件設(shè)計要領(lǐng),8B.1 避免同時裝入兩個配合面,圖中所示軸承與箱體相配，兩個軸承同時裝入，裝配困難，不易同時對準。

14、先裝入外面的大軸承，則在繼續(xù)打入裝里面的小軸承時，裝配很難觀察對準情況。 應(yīng)該設(shè)計成兩個軸承依次裝入孔中，行裝入里面的小軸承，后裝入外面的大軸承。,螺紋連接設(shè)計要領(lǐng),8B.2 零件安裝部位應(yīng)該有必要的倒角,對用機械手安裝的零件應(yīng)該有倒角，以保證零件裝入時的柔順性。如果有一個零件有倒角，則裝配柔順性較好，如兩個零件都有倒角則柔順性很好。,螺紋連接設(shè)計要領(lǐng),8B.3 要為折裝零件留有必要的操作空間,應(yīng)為擰緊螺母留有必要的扳手空間。 彈性套柱銷聯(lián)軸器的彈性柱銷，應(yīng)在不移動零件的條件下自由裝拆。 在聯(lián)軸器標準中，尺寸A有一定要求，就是為拆裝彈性柱銷而定。,螺紋連接設(shè)計要領(lǐng),8B.4 避免凸輪機構(gòu)

15、試車時電動機反轉(zhuǎn)，造成失效,凸輪機構(gòu)試車時由于連線不合適，電動機轉(zhuǎn)向與規(guī)定相反，凸輪的凸起部分與從動件相撞，使該機構(gòu)失效。在傳動系統(tǒng)中加入一個超越離合器使凸輪只能按一個預(yù)期方向轉(zhuǎn)動即可避免產(chǎn)生此種事故 。 注：圖示凸輪機構(gòu)中，凸輪1推動滾輪4上升，在經(jīng)過凸輪A點后，改為由凸輪的附加輪廓2推端塊3，至右圖位置時，從動件突然下落，實現(xiàn)沖擊效果。,螺紋連接設(shè)計要領(lǐng),8B.5 采用特殊結(jié)構(gòu)避免錯誤安裝,有些零件有細微的差別，安裝時很容易弄錯，應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中突出顯示差異。如圖中所示雙頭螺柱，兩端螺紋都是M16但長度不同，安裝時容易弄錯。如將其中一端改用細牙螺紋M161.5（另一端仍用標準M16螺距為

16、2mm）則不易錯裝。如將另一端改為M18則更不易裝錯，但加工較難。,螺紋連接設(shè)計要領(lǐng),8B.6 采用對稱結(jié)構(gòu)簡化裝配工藝,如圖中所示的螺母與墊圈，在改進后，兩面對稱，不必判別方向，裝上即可。這種結(jié)構(gòu)對自動化裝配更為重要，可以省去一個判斷零件正反方向的步驟。有人提出考慮裝配方便設(shè)計“傻瓜裝配”的結(jié)構(gòu)設(shè)計思想。,螺紋連接設(shè)計要領(lǐng),8B.7 盡量減少現(xiàn)場裝配工作量,有些設(shè)備，如重型機床、起重機、礦山設(shè)備等，必須分為若干部分運至現(xiàn)場進行裝配?，F(xiàn)場與制造廠條件不同，困難較多，應(yīng)盡量減少現(xiàn)場裝配工作。,螺紋連接設(shè)計要領(lǐng),8B.8 拆卸一個零件時應(yīng)避免必須拆下其他零件,在設(shè)計時應(yīng)避免各零件之間的裝配關(guān)系相互

17、糾纏。其中主要零件可以單獨拆裝，這樣就可以避免許多安裝中的反復(fù)調(diào)整工作。,螺紋連接設(shè)計要領(lǐng),8B.9 對一個機械應(yīng)合理劃分部件,一臺機械設(shè)備如果能合理地劃分為若干部件，分別平等作業(yè)進行裝配，然后總裝，可以減少裝配時間。在修理時，可以更換損壞的部件，加快修理進度、提高修理質(zhì)量。,螺紋連接設(shè)計要領(lǐng),8B.10 與孔配合緊密的套筒，應(yīng)有考慮拆卸的結(jié)構(gòu),圖示套筒與孔有較緊密的配合。最左邊的圖拆卸時，很難放入工具拆卸困難。其余三個圖可以用工具推、打m處，插入間隙h，或用螺釘擰入釘孔t，把套筒向左推出。,螺紋連接設(shè)計要領(lǐng),8B.11 薄弱的零件不應(yīng)暴露在容易損壞的部位,圖示為向機器供應(yīng)潤滑油的油嘴，左圖油

18、嘴暴露在外，容易被 碰壞，增加維修的工作量和成本。右圖所示油嘴受到其他零件的保護，延長了使用壽命。但是這樣的設(shè)計在加油時不容易找到加油的位置，應(yīng)該在機器上面加一個位置圖。在油嘴上面涂以顏色油漆，以便識別。,螺紋連接設(shè)計要領(lǐng),8B.12 避免用螺紋件定位,螺紋連接一般不能保證準確的對中，因為不可避免地有中徑誤差和間隙。彎曲的管道與機座之間不應(yīng)采用螺紋連接，因為無法保證管道正好位于要求的方向，改用靠配合連接或用凸緣加螺栓固定較合理。,經(jīng)常有學生認為這個是可以的，其實真的不可以！,螺紋連接設(shè)計要領(lǐng),8B.13 螺釘應(yīng)布置在被連接件剛度最大的部位,螺釘布置在被連接件剛度較小的凸耳上不能可靠地壓緊被連接

19、件。 加大邊緣部分的厚度，可便結(jié)合面貼合得好一些。 在被連接件上面加十字或交叉對角線的肋，可以提高剛度，提高螺釘連接的緊密性。,螺紋連接設(shè)計要領(lǐng),8B.14 受彎矩的螺桿結(jié)構(gòu)，應(yīng)盡量減小螺紋受力,主要考慮螺釘?shù)氖芰l件，其中a)、g)螺釘所受應(yīng)力大，e)、f)圓柱和圓錐配合面抗彎強度高，結(jié)構(gòu)最為合理，i)采用四個螺釘，提高了強度。,螺紋連接設(shè)計要領(lǐng),8B.15 避免在擰緊螺母（或螺釘）時，被連接件產(chǎn)生過大變形,由于螺釘?shù)念A(yù)緊力過大，使叉形零件變形，桿件不能靈活轉(zhuǎn)動，加一套筒撐住叉形零件，使叉形零件變形受到限制，保證了轉(zhuǎn)動的靈活性。,螺紋連接設(shè)計要領(lǐng),8B.16 緊定螺釘只能加在不承受載荷的

20、方向上,使用緊定螺釘進行軸向定位止動時，要在不受軸的載荷作用的方向進行緊定，否則會簡單地壓壞，不起緊定作用。 當軸承受變載荷時，用緊定螺釘止動是不合適的。,螺紋連接設(shè)計要領(lǐng),8B.17 螺紋孔不應(yīng)穿過兩個焊接件,對焊接構(gòu)件，螺孔既不要開在搭接處又不要穿通，防止泄漏和降低連接強度。,螺紋連接設(shè)計要領(lǐng),8B.18 螺孔要避免相交,軸線相交的螺孔碰在一起，削弱機體的強度和螺釘?shù)倪B接強度。,螺紋連接設(shè)計要領(lǐng),8B.19 靠近基礎(chǔ)混凝土端部不宜布置地腳螺栓,如果在混凝土基礎(chǔ)的端部設(shè)置有地腳螺栓等，常常容易使混凝土破損。解決辦法是最好盡量遠離基礎(chǔ)端部，在不得已靠近端部時，要把混凝土基礎(chǔ)加厚，提高強度。,

21、螺紋連接設(shè)計要領(lǐng),8B.20 螺孔的孔邊要倒角,螺紋孔孔邊的螺紋容易碰壞，碰壞后產(chǎn)生裝拆困難，將釘孔口倒角可以避免。,螺紋連接設(shè)計要領(lǐng),8B.21 用多個沉頭螺釘固定時，各埋頭不可能都貼緊,用多個錐端沉頭螺釘固定一個零件時，如有一個釘頭錐面貼緊，則由于加工孔間距誤差，其它釘頭不能正好貼緊。如改用圓柱頭沉頭螺釘固定，則可以便每個螺釘都壓緊，而使固定比較可靠。,螺紋連接設(shè)計要領(lǐng),8B.22 防松方法結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單,采用止動墊圈防松時，如果墊圈的舌頭沒有完全插入軸側(cè)的豎槽里則不能止動。 使用新螺母止動墊圈，軸槽加工量較少，省去了麻煩的去螺紋毛刺工作，防松的可靠性達到100%，對軸強度削弱較少。,螺紋連接設(shè)計要領(lǐng),8B.23 考慮螺母擰緊時有足夠的扳手空間,部分箱體的接合面法蘭部分和箱體壁面有壁厚差。因為希望壁厚變化盡量平緩，又希望螺栓中心盡量接近壁面，還希望縮小螺栓間距。因此容易造成锪孔非常深，或由于螺母太靠近壁面而扳手空間不夠而不容易擰緊，甚至擰不緊?？梢栽O(shè)法提高釘頭或螺母的位置，以加大扳手空間。,螺紋連接設(shè)計要領(lǐng),8B.24 要保證螺栓的安裝與拆卸的空間,進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時要留出螺栓的安裝與拆卸的空間，以保證螺栓在裝拆時有足夠的空間使螺栓能順利地裝入或取出。,螺紋連接設(shè)計要領(lǐng),