有關(guān)聯(lián)接件的強(qiáng)度計(jì)算

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1、——,有關(guān)聯(lián)接件的強(qiáng)度計(jì)算,,工程結(jié)構(gòu)和機(jī)器是由若干構(gòu)件或零件裝配起來的，其中起連接作用的部件稱為,——,聯(lián)接件，如銷釘,(,pin)，,螺栓,(,bolt,),，,鉚釘,(,rivet,)，,鍵(,key),等。聯(lián)接件的作用是顯而易見的，它的強(qiáng)度問題是材料力學(xué)要專門研究的課題。,工程事故,,1998年9月10,日，上海東方航空公司一架波音,747,客機(jī)在上海虹橋機(jī)場(chǎng)降落前，發(fā)現(xiàn)前起落架無法打開，在空中盤旋三個(gè)小時(shí)排除故障未果，后緊急迫降成功。經(jīng)事故鑒定，是前起落架的聯(lián)接銷釘材料不合格被剪切破壞所致。電影“,緊急迫降”,就是根據(jù)這起事故改編而成的。,§2-,11,,剪切(,shearing),

2、與擠壓(,bearing),P,P,剪切的受力特點(diǎn),：,剪切的變形特點(diǎn),：,連接件,,作用在連接件,兩側(cè)面上,的分布力的合力大小相等，方向相反，作用線垂直于軸線且相距很近。,,作用在連接件,兩側(cè)面上,的分布力的合力推著各自作用的部分沿著兩力作用線間某一橫截面發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)。,P,P,P,Q,發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)的橫截面,—,剪切面,；,在,剪切面上于截面相切的內(nèi)力,—,剪力，用,Q,表示,。,擠壓,的受力特點(diǎn)：,擠壓,的變形特點(diǎn),:,當(dāng)擠壓力超過一定限度時(shí)，聯(lián)接件或被聯(lián)接件在擠壓面附近產(chǎn)生明顯的塑性變形，稱為擠壓破壞。,,,有效擠壓面：擠壓面面積在垂直于總擠壓力,P,be,作用線平面上的投影。,作用在擠

3、壓表面上，作用范圍較小，,產(chǎn)生局部的彈塑性變形，形成小接觸面積。,但是傳遞的應(yīng)力峰值很大（一般超過材料的屈服極限）,鉚釘孔擠壓變形示意圖,一、聯(lián)結(jié)構(gòu)件可能的兩種破壞形式,(1),剪切破壞,:,,沿剪切面發(fā)生錯(cuò)動(dòng),.,,(2),擠壓破壞,:,,,接觸面間的相互壓應(yīng)力稱為,擠壓應(yīng)力,(,bearing stress),,。,擠壓應(yīng)力,過大會(huì)使接觸處的局部區(qū)域發(fā)生塑性變形,。,P,P,例如,:,滾珠和軸承套表面出現(xiàn)的梨皮狀“,點(diǎn)蝕,”就是由于接觸疲勞導(dǎo)致深度在,0.1-0.2,mm,以下的小塊剝落的破壞現(xiàn)象。,,在工程技術(shù)中，接觸問題十分普遍。主要是如下三大類問題：,,第一類是接觸應(yīng)力造成表面或深層

4、的破裂會(huì)引起機(jī)器或工程破壞的事故,,,如軸承、齒輪、滾珠等表面剝落。這時(shí)應(yīng)用接觸問題的理論目的是為了要減少這種破裂以避免事故；,第二類利用接觸應(yīng)力進(jìn)行加工，如軋鋼機(jī)的軋滾，壓力加工的沖頭與模具的設(shè)計(jì)，都要利用接觸問題理論結(jié)果使被加工物件易于變形而加工工具卻十分耐用；,,,第三類問題是碰撞問題，車船飛機(jī)的碰撞可以看為一類特殊的接觸問題。例如高速飛機(jī)和空中的飛鳥相撞會(huì)引起嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)破壞而造成空難。,,三、剪切強(qiáng)度條件,剪切實(shí)用強(qiáng)度計(jì)算的,關(guān)鍵,是剪切面的確定,.,有一個(gè)剪切面,,,稱為“單剪”,,,,剪切面積為圓的面積,.,Q,(1),,假定剪應(yīng)力均勻分布,;,假定擠壓應(yīng)力均勻分布,.,二、受剪構(gòu)

5、件的兩方面的假定,(2),進(jìn)行實(shí)物或模型實(shí)驗(yàn)，確定許用應(yīng)力。,剪切面的確定：,有兩個(gè)剪切面,,,稱為“雙剪”,,,,剪切面積為圓的面積,.,Q,Q,剪切強(qiáng)度校核公式,Q,Q,Q,五、,擠壓強(qiáng)度條件,有效擠壓面的確定：,擠壓面積,等于擠壓面在垂直擠壓力平面上的投影面積,本例,中：,擠壓強(qiáng)度校核公式,一般,,,連接件須同時(shí)滿足,剪切強(qiáng)度,條件和,擠壓強(qiáng)度,條件,明確四個(gè)問題：,剪切面；擠壓面；,,剪力；擠壓力。,Q,A,B,P,P,2t,t,t,d,P,Q,Q,2t,解：,1.,剪力分析,例1,：電瓶車掛鉤用銷釘聯(lián)接，已知銷釘材料的,[,τ,],=30,MPa，,許用,[,σ,be,] =100M

6、Pa，,P,=15kN，t=8mm。,,試設(shè)計(jì)銷釘?shù)闹睆?d,。,2.,先由,,,設(shè)計(jì),d,3.,再由,[,σ,be,],,校核,取,直徑,d=,18mm,20,0,P,600,2.5,2.5,M,M,T,5,35,5,解：,1.,求鍵的剪力,,,擠壓力,(,研究鍵與軸的組合,),2.,研究整體求,T, P,間的關(guān)系,鍵上的,剪力,Q,=T=60,P,,,擠壓力,P,be,=T=60,P,例2,:,聯(lián)軸器用鍵聯(lián)接。已知鍵，軸和手柄三種材料相同,[,τ,],=,100MPa，[,σ,be,],=220M,Pa 。,,試由鍵的強(qiáng)度確定載荷,P,值。,,3.,強(qiáng)度校核,,,確定,P,值,鍵的,剪切面

7、積,鍵的,擠壓面積,由,剪切強(qiáng)度條件確定,P,由,擠壓強(qiáng)度條件確定,P,P,=292N,20,0,P,600,2.5,2.5,M,M,G,5,35,5,P,P,解：,1.,確定鉚釘數(shù)目,N,每個(gè)鉚釘所受剪力,Q=P/N,先按,剪切強(qiáng)度條件確定,N,再按擠壓強(qiáng)度條件確定,N,每個(gè)鉚釘所受擠壓力,P,be,=P/N,比較取,N,=4,個(gè),例3:,鋼板接頭，板厚,t,=10mm，,寬度,b,=120mm，,鉚釘直徑,d,=20mm，,P,=160kN，,板和鉚釘材料相同，許用切應(yīng)力,[,τ,],=,140MPa，,許用正應(yīng)力,[,σ,]=160MPa，,許用擠壓應(yīng)力,[,σ,be,]=320MPa。

8、,試求所需鉚釘?shù)臄?shù)目；并校核鋼板的抗拉強(qiáng)度。,P,P/4,P/4,P/4,P/4,,圖B,P/4,P/4,P/4,P/4,P,,圖A,P,P,2,.,校核鋼板的強(qiáng)度,b,若4個(gè),鉚釘孔按,A,圖排列,,,則黃線所在截面的軸力為,P;,橫截面積,A,=(b-2d)t,,這一截面為板的危險(xiǎn)截面。正應(yīng)力為：,若4個(gè),鉚釘孔按,B,圖排列,,,則黃線所在截面的軸力為,P;,橫截面積,A,=(b-d)t,,這一截面正應(yīng)力為：,在藍(lán)線所在截面的軸力為,3,P/4;,哪種打孔,方式好？,F,D,d,h,擠壓面,剪切面,d,D,h,F,例4,： 螺桿受力如圖，,D,=32mm，,d,=20mm，,h,=12m

9、m，,拉桿材料的許用正應(yīng)力,[,σ,]=120MPa，,許用切應(yīng)力,[,τ,]=70MPa，,許用擠壓,,應(yīng)力,[,σ,be,]=170MPa。,,試求拉桿材料的許可載荷,F,。,解：,1.,拉桿的可能破壞形式,三種可能的破壞形式,F,1,D,d,h,擠壓面,剪切面,可能的破壞形式之一,2.,從三方面的強(qiáng)度條件確定許可載荷,(1).,滿足拉伸強(qiáng)度條件時(shí)的許可載荷,F,1,(2).,滿足剪切強(qiáng)度條件時(shí)的許可載荷,F2,F,2,D,d,h,擠壓面,剪切面,可能的破壞形式之二,剪切面積,由剪切強(qiáng)度條件得,:,(3).,滿足擠壓強(qiáng)度條件時(shí)的許可載荷,F,3,F3,D,d,h,擠壓面,剪切面,可能的破壞

10、形式之三,擠壓面積,由,擠壓強(qiáng)度條件得,:,綜上,分析,,,取拉桿的許可載荷為,:,F,D,d,h,擠壓面,剪切面,d,D,h,F,三種可能的破壞形式,討論,:,如果給出連接板材料的許用應(yīng)力,,,則可能的破壞形式還要考慮,相互剪切,破壞,, 即:,拉桿螺栓有可能被,”,脫帽,”,破壞,,,連接板材料有可能被,”,剪穿,”,破壞,.,d,D,h,F,脫帽,破壞形式,剪穿破壞形式,剪切面,剪切面,板B,板A,L,焊逢,F,P,F,P,有效剪切面,附:,關(guān)于,焊縫剪切假定計(jì)算,有效剪切面,問題,:,最小剪切面積等于多少,?,F,P,F,P,F,P,F,P,附:,膠粘縫的假定計(jì)算,F,P,F,P,剪切面切應(yīng)力強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,橫截面正應(yīng)力強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,斜截面強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,F,P,F,P,F,P,F,P,F,P,F,P,習(xí)題,2-59,,,2-65,，,2-67,本章結(jié)束,