更改铆钉连接方式提高铆接强度

2014-07-01王娜

机械工程师 2014年5期

关键词：王娜花键渐开线

王娜

（西安比亚迪汽车有限公司天窗工厂，西安710119）

更改铆钉连接方式提高铆接强度

王娜

（西安比亚迪汽车有限公司天窗工厂，西安710119）

针对面积较小的铆接使用情况，将传统的多个圆柱铆钉铆接更改为单个花键铆钉铆接，从而提高了铆接的抗拉强度和抗剪切强度。

花键铆钉；抗拉强度；抗剪切强度

0 引言

铆钉连接是利用铆钉将2个或2个以上的元件连接在一起的一种不可拆卸的静连接。铆接由于工艺简单，连接可靠，抗振、耐冲击性较好，广泛应用于建筑、汽车、桥梁等方面。但在实际应用过程中，也会存在铆接设计不合理或现有设计条件较差，正常设计不能满足铆接强度或铆接抗冲击性要求的问题，此种不良情况将对产品总成的品质造成一定的负面影响。

1 传统铆接方式

图1

传统铆接方式对铆接孔间距设计和铆接厚度、铆钉直径及长度等都有一定的要求和限制。

铆钉间距为t，其中最大允许距离（构件受拉）为16d0或24δ（d0为铆钉孔直径，δ为较薄板的厚度），最小距离为3.5d0。

铆钉长度l＝1.12∑δ+1.4d（钢制），l＝∑δ+1.4d（有色金属）。d为铆钉直径。

铆接厚度一般规定不大于5d，被铆接件的零件不应多于4层，在传力铆接中，排在力作用方向的铆钉数不宜超过6个，且不应小于2个。

冲孔铆接的承载能力比钻孔铆接的承载能力约小20%。因此冲孔的方法只可用于不受力或受力较小的构件。铆接材料一般应与被铆件相同，以避免因线膨胀系数不同而影响铆接强度。

在实际应用中有些设计环境（如图2）不能满足以上条件时，就易产生设计寿命和强度无法满足的情况。当铆接结构为多个铆钉时，第一个铆钉铆接之后，可能会导致未铆接部分铆接零件与铆钉不垂直，铆接过程中易将铆钉表面划伤并将划伤的部分夹在零件之间，最终影响零件铆接强度。

图2

2 解决方案

键连接是通过键来实现轴和轴上零件的周向固定以传递运动和转矩，有些类型的键还可以实现轴向固定和传递轴向力、轴向动连接等。

键连接为多齿工作，承载力大，对中性、导向性好，齿根较浅，应力集中较小，矩形花键加工方便，能用磨削方法获得较高的精度。

根据以上情况，突破传统的圆柱铆钉铆接模式，将多个圆柱铆钉铆接更改为单个花键铆钉铆接，以应对面积较小的铆接设计环境，提高铆接强度和寿命。

3 花键铆钉设计

花键的铆接面尺寸通常根据轴的直径和具体工作情况选取：

式中：T为传递扭矩，N·mm；z为花键的齿数；l为齿的工作（配合）长度，mm；dm为平均圆直径，mm，矩形花键dm＝（D+d）/2，渐开线花键dm＝D，D为矩形大径、渐开线花键分度圆直径，mm；h为键齿工作高度，mm，矩形花键h=（D－d）/2-2c（c为倒角尺寸），渐开线花键h=m（α＝30°），h＝0.9m（α＝37.5°），h＝0.8m（α＝45°），m为模数；φ为各齿间载荷不平均系数，一般取φ＝0.7～0.8，齿数多时取偏小值；σpp为花键连接许用挤压应力，MPa。

选用矩形花键即可满足要求，根据文献［1］的第二卷中表5-3-40中推荐花键基本尺寸为11×13×3，该系列尺寸从设计空间考虑可以满足要求。

实际生产中，铆接机油压的范围为0.6～2 MPa以上铆钉基本尺寸如选用钢材，现有铆接设备无法满足铆接强度，故选用有色金属。

常用有色金属为铜、铝、镁、钛等，其中适合大批量生产且价格经济以铝为首。根据文献［1］的第一卷中表3-2-33，查出牌号6061状态为T6的型材在壁厚5～25 mm时抗拉强度Rm≥26 MPa，规定非比例延伸强度RP0.2为240 MPa。6061用于中等强度，在-70～+50℃范围内工作，并且在潮湿和海水介质中具有合格的耐腐蚀性能。其焊接性能和冷加工性能优良，故考虑采用为铆钉材料。

为使其铆接性能满足用于油压较小的铆接机，降低铆钉厚度，设计的铆钉结构如图3所示。