更改鉚釘連接方式提高鉚接強度

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度

王娜

（西安比亞迪汽車有限公司天窗工廠，西安710119）

針對面積較小的鉚接使用情況，將傳統的多個圓柱鉚釘鉚接更改為單個花鍵鉚釘鉚接，從而提高了鉚接的抗拉強度和抗剪切強度。

花鍵鉚釘；抗拉強度；抗剪切強度

0 引言

鉚釘連接是利用鉚釘將2個或2個以上的元件連接在一起的一種不可拆卸的靜連接。鉚接由于工藝簡單，連接可靠，抗振、耐沖擊性較好，廣泛應用于建筑、汽車、橋梁等方面。但在實際應用過程中，也會存在鉚接設計不合理或現有設計條件較差，正常設計不能滿足鉚接強度或鉚接抗沖擊性要求的問題，此種不良情況將對產品總成的品質造成一定的負面影響。

1 傳統鉚接方式

圖1

傳統鉚接方式對鉚接孔間距設計和鉚接厚度、鉚釘直徑及長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。

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

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件。鉚接材料一般應與被鉚件相同，以避免因線膨脹系數不同而影響鉚接強度。

在實際應用中有些設計環境（如圖2）不能滿足以上條件時，就易產生設計壽命和強度無法滿足的情況。當鉚接結構為多個鉚釘時，第一個鉚釘鉚接之后，可能會導致未鉚接部分鉚接零件與鉚釘不垂直，鉚接過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度。

圖2

2 解決方案

鍵連接是通過鍵來實現軸和軸上零件的周向固定以傳遞運動和轉矩，有些類型的鍵還可以實現軸向固定和傳遞軸向力、軸向動連接等。

鍵連接為多齒工作，承載力大，對中性、導向性好，齒根較淺，應力集中較小，矩形花鍵加工方便，能用磨削方法獲得較高的精度。

根據以上情況，突破傳統的圓柱鉚釘鉚接模式，將多個圓柱鉚釘鉚接更改為單個花鍵鉚釘鉚接，以應對面積較小的鉚接設計環境，提高鉚接強度和壽命。

3 花鍵鉚釘設計

花鍵的鉚接面尺寸通常根據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；l為齒的工作（配合）長度，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；φ為各齒間載荷不平均系數，一般取φ＝0.7～0.8，齒數多時取偏小值；σpp為花鍵連接許用擠壓應力，MPa。

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

實際生產中，鉚接機油壓的范圍為0.6～2 MPa以上鉚釘基本尺寸如選用鋼材，現有鉚接設備無法滿足鉚接強度，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且價格經濟以鋁為首。根據文獻［1］的第一卷中表3-2-33，查出牌號6061狀態為T6的型材在壁厚5～25 mm時抗拉強度Rm≥26 MPa，規定非比例延伸強度RP0.2為240 MPa。6061用于中等強度，在-70～+50℃范圍內工作，并且在潮濕和海水介質中具有合格的耐腐蝕性能。其焊接性能和冷加工性能優良，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，降低鉚釘厚度，設計的鉚釘結構如圖3所示。

圖3 設計的鉚釘結構

4 設計驗證

通過實驗驗證該鉚釘設計能滿足要求：

1）抗拉強度。采用萬能油壓機對鉚接后的產品進行破壞性實驗，拉脫力均大于15 kN，抗拉強度均滿足要求。

2）抗剪切強度。在2 940 N的沖擊作用力下，用特定實驗工裝進行抗剪切強度測試，經過20 000次沖擊，鉚接前后角度變化在0.1°范圍內，滿足使用要求。

5 結 論

將傳統的圓鉚釘鉚接模式經過材料和結構的重新設計，設計為花鍵型鉚接方式，滿足了鉚接空間小要求強度適中的設計環境。

［1］ 成大先.機械設計手冊［M］.5版.北京：化學工業出版社，2008.

（編輯黃 荻）

TH 131.1

B

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的零件研發工作。

2014-03-01