《材料力学》04剪挤.ppt

郑州大学工程力学系编制 Practical Analysis of Connections （Shear and Bearing） 剪 切 和 挤 压 1.剪切与挤压破坏 2.剪切与挤压实用计算 F F 1.剪切挤压破坏(实例和概念) 一.连接件 发生剪切与挤压的构件常见于连接件 , 例如：螺栓、铆钉、键、焊缝 、榫头 （可拆卸） （不可拆卸 ） F F 螺栓 铆钉 （ Shear and Bearing Failure ） 键 （齿轮） （轴） （焊缝） F F （榫头） F 连接件虽小，起着传递且承受载荷作用结构的薄弱环节 m 剪切工程实例 铆钉连接 销轴连接 平键连接 榫连接 二. 受力和变形特点：以铆钉为例： 外力垂直于轴线， 沿交界面发生 相对错动 剪切面： 两组力系交界的错动面 （平行于截面的内力） 剪力FS P 剪切面 受力特点： 变形特点： 两组平行力系作用两侧， 相等相反、相距很近 P （合力） 相应切应力 P nn FS P nn 连接破坏三种形式： 拉伸破坏 挤压破坏 沿剪切面（ n n面）剪断 1 12 2 3 3 被接件在截面削弱处（铆钉孔 ）应力增大，易拉断 FS 连接与被接件（铆钉与钢板）在 相互接触面发生局 部挤压. 接触处局部表面塑性变形或 压溃（崩）. 挤压面 剪切破坏 P 连接件实际工作条件及变形、应力分布都极其复杂，要作 理论上的精确计算有时甚至不可能，且往往分析结果与实测情况 并不很符合 实用计算 2 剪切挤压实用计算 根据构件实际破坏情况，先对剪切挤压应力分布作粗略但基本 符合实际的假设，得到“名义”计算应力， 而其许用破坏应力也按同样假设和公式考虑（ 强度计算中误差 将相互抵消 ） 因此工程上通常采用一种简化的实用计算方法 ( Practical Analysis of Shear and Bearing ) 为计算方便，假设切应力在剪切面上均匀分布。据此算出 的平均切应力，称为 (剪力) (剪切面积) 名义切应力 （许用切应力） （准则）切应力强度条件 一. 剪切实用计算 可以从有关设计手册中查 得，或通过材料剪切实验来 确定 ( 直接模拟连接件受力破 坏) （试件）(剪切器) 假设挤压应力在挤压计算面积上均匀分布 (挤压力) ( 挤压面积 ) 名义挤压应力 (许用挤压应力) 挤压强度条件（准则） 二. 挤压实用计算 挤压面积： 若挤压面为平面：Abs等于此平面的面积 若挤压面为圆柱面：Abs等于过直径平面 平键 挤压面 挤压面积 t d Abs= t d 接触面（在垂直挤压 力方向）投影面积 例1：求下列各例的剪切力,剪切面和挤压力,挤压面 b h L 剪切 挤压 解： P 轮对键 d m 2 h m P 键受力分析 轴对键 (挂钩式搭结) 例2 F F F 机床挂钩式联接件, 选销轴径d. 思考: 几个剪切面? 几个挤压面? 例 3： F/2 F/2 F F 剪切计算 解: 挤压计算 挤压力 挤压面积 比较 F=15kN 1.2t t t d F 哪最危险? 牙嵌式离合器, 校核强度 思考 : 剪切面? 挤压面 ？ 各牙受力相同 例4： T （挤压面） （剪切面） 解：受力分析 剪力、剪切面积 挤压力挤压面积： F 剪切挤压校核 安全 A 100 60 30 20 F F 例5 木榫接头如图所示，a = b =12cm，h=35cm，c=4.5cm, P=40kN，试求接头的剪应力和挤压应力 解：受力分析如图 ：剪应力和挤压应力 剪切面和剪力 挤压面和挤压力： PP PP b a c h PP d 解： 键受力分析 例6 齿轮与轴由平键（bh=1610mm）连接，传递扭矩 m=1600Nm，轴直径 d=50mm，键许用剪应力= 80M Pa ， 许用挤压应力 bs= 240M Pa，试设计键长度。 b h L 剪切和挤压强度条件 ， ， 综上 m m 16 10 轴对键 P 轮对键 d P 解：键受力分析 例7 齿轮与轴由平键（bhL=20 12 100）连接， 传递扭矩 m=2KNm，轴直径 d=70mm，键许用 = 60M Pa ， 许用挤压应力bs= 100M Pa， 试校核键强度 m 2 h b h L 剪切挤压强度校核 键满足强度要求 m P P t t P P d 解： 铆接头如图所示，P=110kN， 钢板厚 t=1cm，宽 b=8.5cm， 许用应力 = 160M Pa ； 铆钉直径 d=1.6cm， 许用切应力= 140M Pa ， 许用挤压应力bs= 320M P， 试校核铆接头强度 （假定各铆钉受力相等） 3 3 2 2 1 1 P/4 受力分析下板 例8 b PP 钢板的2-2和3-3面为危险面 剪应力和挤压应力的强度条件 综上，接头安