更改鉚釘連接方式提高鉚接強(qiáng)度

王娜

（西安比亞迪汽車有限公司天窗工廠，西安710119）

更改鉚釘連接方式提高鉚接強(qiáng)度

王娜

（西安比亞迪汽車有限公司天窗工廠，西安710119）

針對(duì)面積較小的鉚接使用情況，將傳統(tǒng)的多個(gè)圓柱鉚釘鉚接更改為單個(gè)花鍵鉚釘鉚接，從而提高了鉚接的抗拉強(qiáng)度和抗剪切強(qiáng)度。

花鍵鉚釘；抗拉強(qiáng)度；抗剪切強(qiáng)度

0 引言

鉚釘連接是利用鉚釘將2個(gè)或2個(gè)以上的元件連接在一起的一種不可拆卸的靜連接。鉚接由于工藝簡(jiǎn)單，連接可靠，抗振、耐沖擊性較好，廣泛應(yīng)用于建筑、汽車、橋梁等方面。但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，也會(huì)存在鉚接設(shè)計(jì)不合理或現(xiàn)有設(shè)計(jì)條件較差，正常設(shè)計(jì)不能滿足鉚接強(qiáng)度或鉚接抗沖擊性要求的問(wèn)題，此種不良情況將對(duì)產(chǎn)品總成的品質(zhì)造成一定的負(fù)面影響。

1 傳統(tǒng)鉚接方式

圖1

傳統(tǒng)鉚接方式對(duì)鉚接孔間距設(shè)計(jì)和鉚接厚度、鉚釘直徑及長(zhǎng)度等都有一定的要求和限制。

鉚釘間距為t，其中最大允許距離（構(gòu)件受拉）為16d0或24δ（d0為鉚釘孔直徑，δ為較薄板的厚度），最小距離為3.5d0。

鉚釘長(zhǎng)度l＝1.12∑δ+1.4d（鋼制），l＝∑δ+1.4d（有色金屬）。d為鉚釘直徑。

鉚接厚度一般規(guī)定不大于5d，被鉚接件的零件不應(yīng)多于4層，在傳力鉚接中，排在力作用方向的鉚釘數(shù)不宜超過(guò)6個(gè)，且不應(yīng)小于2個(gè)。

沖孔鉚接的承載能力比鉆孔鉚接的承載能力約小20%。因此沖孔的方法只可用于不受力或受力較小的構(gòu)件。鉚接材料一般應(yīng)與被鉚件相同，以避免因線膨脹系數(shù)不同而影響鉚接強(qiáng)度。

在實(shí)際應(yīng)用中有些設(shè)計(jì)環(huán)境（如圖2）不能滿足以上條件時(shí)，就易產(chǎn)生設(shè)計(jì)壽命和強(qiáng)度無(wú)法滿足的情況。當(dāng)鉚接結(jié)構(gòu)為多個(gè)鉚釘時(shí)，第一個(gè)鉚釘鉚接之后，可能會(huì)導(dǎo)致未鉚接部分鉚接零件與鉚釘不垂直，鉚接過(guò)程中易將鉚釘表面劃傷并將劃傷的部分夾在零件之間，最終影響零件鉚接強(qiáng)度。

圖2

2 解決方案

鍵連接是通過(guò)鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)軸和軸上零件的周向固定以傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩，有些類型的鍵還可以實(shí)現(xiàn)軸向固定和傳遞軸向力、軸向動(dòng)連接等。

鍵連接為多齒工作，承載力大，對(duì)中性、導(dǎo)向性好，齒根較淺，應(yīng)力集中較小，矩形花鍵加工方便，能用磨削方法獲得較高的精度。

根據(jù)以上情況，突破傳統(tǒng)的圓柱鉚釘鉚接模式，將多個(gè)圓柱鉚釘鉚接更改為單個(gè)花鍵鉚釘鉚接，以應(yīng)對(duì)面積較小的鉚接設(shè)計(jì)環(huán)境，提高鉚接強(qiáng)度和壽命。

3 花鍵鉚釘設(shè)計(jì)

花鍵的鉚接面尺寸通常根據(jù)軸的直徑和具體工作情況選取：

式中：T為傳遞扭矩，N·mm；z為花鍵的齒數(shù)；l為齒的工作（配合）長(zhǎng)度，mm；dm為平均圓直徑，mm，矩形花鍵dm＝（D+d）/2，漸開線花鍵dm＝D，D為矩形大徑、漸開線花鍵分度圓直徑，mm；h為鍵齒工作高度，mm，矩形花鍵h=（D－d）/2-2c（c為倒角尺寸），漸開線花鍵h=m（α＝30°），h＝0.9m（α＝37.5°），h＝0.8m（α＝45°），m為模數(shù)；φ為各齒間載荷不平均系數(shù)，一般取φ＝0.7～0.8，齒數(shù)多時(shí)取偏小值；σpp為花鍵連接許用擠壓應(yīng)力，MPa。

選用矩形花鍵即可滿足要求，根據(jù)文獻(xiàn)［1］的第二卷中表5-3-40中推薦花鍵基本尺寸為11×13×3，該系列尺寸從設(shè)計(jì)空間考慮可以滿足要求。

實(shí)際生產(chǎn)中，鉚接機(jī)油壓的范圍為0.6～2 MPa以上鉚釘基本尺寸如選用鋼材，現(xiàn)有鉚接設(shè)備無(wú)法滿足鉚接強(qiáng)度，故選用有色金屬。

常用有色金屬為銅、鋁、鎂、鈦等，其中適合大批量生產(chǎn)且價(jià)格經(jīng)濟(jì)以鋁為首。根據(jù)文獻(xiàn)［1］的第一卷中表3-2-33，查出牌號(hào)6061狀態(tài)為T6的型材在壁厚5～25 mm時(shí)抗拉強(qiáng)度Rm≥26 MPa，規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度RP0.2為240 MPa。6061用于中等強(qiáng)度，在-70～+50℃范圍內(nèi)工作，并且在潮濕和海水介質(zhì)中具有合格的耐腐蝕性能。其焊接性能和冷加工性能優(yōu)良，故考慮采用為鉚釘材料。

為使其鉚接性能滿足用于油壓較小的鉚接機(jī)，降低鉚釘厚度，設(shè)計(jì)的鉚釘結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 設(shè)計(jì)的鉚釘結(jié)構(gòu)

4 設(shè)計(jì)驗(yàn)證

通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該鉚釘設(shè)計(jì)能滿足要求：

1）抗拉強(qiáng)度。采用萬(wàn)能油壓機(jī)對(duì)鉚接后的產(chǎn)品進(jìn)行破壞性實(shí)驗(yàn)，拉脫力均大于15 kN，抗拉強(qiáng)度均滿足要求。

2）抗剪切強(qiáng)度。在2 940 N的沖擊作用力下，用特定實(shí)驗(yàn)工裝進(jìn)行抗剪切強(qiáng)度測(cè)試，經(jīng)過(guò)20 000次沖擊，鉚接前后角度變化在0.1°范圍內(nèi)，滿足使用要求。

5 結(jié) 論

將傳統(tǒng)的圓鉚釘鉚接模式經(jīng)過(guò)材料和結(jié)構(gòu)的重新設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)為花鍵型鉚接方式，滿足了鉚接空間小要求強(qiáng)度適中的設(shè)計(jì)環(huán)境。

［1］ 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.5版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

（編輯黃 荻）

TH 131.1

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1002－2333（2014）05－0213－02

王娜（1981—），女，助理工程師，從事汽車底盤和門系統(tǒng)的零件研發(fā)工作。

2014-03-01