剪切计算和常用材料强度

1、2.剪切强度计算(1) 剪切强度条件剪切强度条件就是使构件的实际剪应力不超过材料的许用剪应力。Fs A这里 为许用剪应力，单价为Pa 或 MPa。由于剪应力并非均匀分布，式(5-2)、 (5-6)算出的只是剪切面上的平均剪应力，所以在使用实验的方式建立强度条件时，应使试件受力尽可能地接近实际联接件的情况，以确定试样失效时的极限载荷，再除以安全系数0许用剪应力 。(5-6)n，得0 n(5-7)各种材料的剪切许用应力应尽量从相关规范中查取。一般来说，材料的剪切许用应力 与材料的许用拉应力 之间，存在如下关系：对塑性材料： 0.6: 0.8对脆性材料： 0.8: 1.0(2) 剪切实用计算剪切计算

2、相应地也可分为强度校核、截面设计、确定许可载荷等三类问题，这里就不展开论述了。但在剪切计算中要正确判断剪切面积，在铆钉联接中还要正确判断单剪切和双剪切。下面通过几个简单的例题来说明。例 5-1 图 5-12(a)所示电瓶车挂钩中的销钉材料为 20 号钢， 30MPa，直径 d=20mm 。挂钩及被连接板件的厚度分别为 t 8mm 和 t 1 12mm 。牵引力 F=15kN。试校核销钉的剪切强度。图 5-12 电瓶车挂钩及其销钉受力分析示意图解： 销钉受力如图5-12(b) 所示。根据受力情况，销钉中段相对于上、下两段沿m-m 和 n-n 两个面向左错动。所以有两个剪切面，是一个双剪切问题。由

3、平衡方程容易求出：FsF2销钉横截面上的剪应力为：Fs15 10323.9MPa< A 2(20 10 3)24故销钉满足剪切强度要求。例 5-2 如图 5-13 所示冲床， Fmax=400KN，冲头 =400MPa，冲剪钢板的极限剪应力b=360 MPa。试设计冲头的最小直径及钢板最大厚度。图 5-13 冲床冲剪钢板及冲剪部分受力示意图解： (1)按冲头压缩强度计算 d= FmaxFmax Ad 24所以d4Fmax4 4001030.034m 3.4cm 400106(2) 按钢板剪切强度计算 t钢板的剪切面是直径为d 高为 t 的柱表面。FsFmaxbAdt所以Fmax400 1

4、030.0104m 1.04cmt3.4 10 2360 106d b例 5-3如图 5-14 所示螺钉受轴向拉力F 作用，已知 = ，求其 d： h 的合理比值。图 5-14螺钉受轴向拉力示意图解： 螺杆承受的拉应力小于等于许用应力值：FN4FAd 2螺帽承受的剪应力小于等于许用剪应力值：FsFAdh当 、 同时分别达到 、 时材料的利用最合理，既F0.6 4Fdhd 2所以可得d : h2.4-=extPart_01C9B6CD.第二节冲压常用材料的化学成分和力学性能一、黑色金属二、有色金属三、非金属一、 黑色 金属1.深拉深用冷轧钢板发化学成分和力学性能1）深拉 深钢 板的 化 学成 分

5、 深拉 深用 冷 轧钢 板主 要有 08Al 、 08F、 08 、及 10、15、20 钢。其化学成分如表 844 所示 。表 8 44 深拉 深冷 轧薄 钢板 的化 学成 分（ GB/T5213 1985 和 GB/T710 1991 ）钢板化学成分（质量分数%）CSiMnPSNiCrCuAl08Al08F08101520（2）影响钢板冲压性能的主要因素表面质量等均影响冲压性能化学成 分、金属组织 、力学 性能和在上述钢号中用量最大的是 08钢，并有沸腾钢与镇静钢之分，沸腾钢 08F 价廉 ，表 面质 量好，但 偏析 比较 严重 ，且有“应 变时 效”倾向，对于 冲压性 能要 求高 ，外

6、观要求 严格 的零 件不 适 合。 08Al 镇静 钢板 价格 较高 ，但性能均匀，“ 应变时效”倾向小，适用于汽车、拖拉机覆盖件的拉深 。1）08 钢中主要元素对冲压性能的影响（表 845）表 845主要元素对 08钢冲压性能的影响元素名对冲压性能的影响称C增加 FeC 的数量，提高钢板的抗拉强度和屈服强度，降低塑性，使冲压性能恶化，特别是当Fe C 出现于晶界时，对冲压性能的不利影响更大Si硅溶于铁素体中，强化铁素体的作用很大，增加强度，降低塑性，含硅量越低越好，深冲压钢板不能用硅脱氧Mn锰的直接影响不大，锰和硫形成MnS 夹杂物，其数量和形态对冲压性能有影响P磷显著地增加强度和脆性，并有

7、偏析倾向，易于形成带状组织，这些都对冲压性能不利形成硫化物，其数量、形状和分布对冲压性能有很大影响，数量多、且呈细长条状分布的硫化物对冲压S性能不利是镇静钢的最终脱氧剂，可与氮形成氮化铝，显著降低钢板的“应变时效”倾向，容易得到“饼形”铁Al素体晶粒，改善冲压性能。钢中铝的最佳含量为其质量分数=（） %2）深拉 深冷轧薄板铁素体晶粒度的标准（表 846）表 846深拉深冷轧薄钢板铁素体晶粒级别钢号及拉深级别钢ZFHFFZS板状08b， 15F，20F， 08，05F，08F，10F，15F，20F，态08Al05F，8F， 10F10， 15，2008b ，08，10，15 ， 20冷6， 7

8、，8 或“饼形”6，7， 8，9 或6，7，8， 95， 6，7，8， 9轧6，7， 8“饼形”1) 铝镇 静 钢 08Al 按其 拉 深 质 量分 为 三级 ： ZF 拉 深 最 复 杂 零 件 ； HF 拉深很复杂零件；F拉深复杂零件2) 其他深冲薄钢板（包括热轧板）按冲压性能分级为：Z最伸拉深件；S深拉深件；P普通拉深件3)深拉深 冷轧 薄钢 板的力 学性 能（ 表 8 47）表 8 47 深拉 深冷 轧薄 钢板 的力 学性 能（ GB/T5213 1985 和 GB/T710 1991 ）级厚度/MPa/（%）钢号/MPa/mm别不 小 于08AlZF全部260 33020044HF全

9、部260 34021042F>260 35022039260 35022042<260 35024042Z280 3703408FS4280 39032P280 39030Z280 4003208S4280 42030P280 42028Z300 4203010S4300 44029P300 44028Z340 4602715S4360 48026P360 48025Z360 5002620S4360 51025P360 510244)深 拉深 冷轧 薄钢 板的杯 突试 验冲 压深 度（表8 48）表 848深拉深冷轧薄钢板的杯突试验冲压深度（ GB/T5213 1985 和 GB

10、/T710 1991 ）钢号及级别钢板08A108 、 08F10、15、20厚度ZFHFFZSPZSEr 值（杯突试验深度）不小于2.常用材料的力学性能（ 1）黑 色金 属材 料的力 学性 能（ 表 8 49）表 849 黑色金属材料的力学性能材料名称材料牌号DT1电工用工业纯铁DT2C>DT3D11、D12D21、D31电工硅钢D32、 D370 D310340S4148Q195Q215普通碳素钢Q235Q255Q27508F10F15F碳素工具钢081015202530354045505560材料状态已退火的已退火的未经退火的已退火的已正火的伸长率抗剪强度抗拉强度屈服点弹性模量/M

11、Pa/MPa/MPa/MPa1802302619023026260320315390283319527034033541026312153103803754602126235340420410510192425540050049061015202752203102803903218026036033045032200190000220340280420301902603403004402921019800025037032046028270380340480262802020002804003605103525021000320440400550342802020003604804506002

12、23002010004005205006502032020100042054052067018340213500440560550700163602040004405805507301438022000055067043390550700124102080006570T7T12碳素工具钢T7AT12A T8A10Mn优质碳素钢65Mn25CrMnSiA25CrMnSi合金结构钢30CrMnSiA30CrMnSi60Si2Mn优质弹簧钢60Si2MnA 65SiWA1Cr132Cr133Cr13不锈钢4Cr131Cr18Ni192Cr18Ni191Cr18Ni9Ti600730104206007

13、609430210000已退火的60075010冷作硬化的6009507501200已退火的32046040058022230211000600750124002100040056050070018950已低温退火的4406000550750161450850已低温退火的720900101200200000冷作硬化的6409608001200101400160032038040047021420210000已退火的320400400500204502100004004805006001848021000040048050060015500210000经过热处理的4605205806403520

14、0200000已碾压冷作硬化的8008801000110038220200000热处理退软的43055054070040200200000（2）钢在加热时的抗剪强度（表 850）表 8 50钢在 加热 状态 的抗 剪强 度（单位 ： MPa）(3) 普通碳素钢冷弯实验指标（8-51 ）表 8 51普通 碳素 钢冷 弯试 验指 标（ GB700 1988 ）牌号试样方冷弯试验 B=2a180°备注向钢材厚度或直径 /mm 60>60100>100 200弯心直径 d纵0Q195横纵2a各牌号 A 级钢的冷弯试验， 在需Q215a2a方有要求时才进行横纵a2a冷弯试验合格时，

15、 抗拉强度上限Q2353a横可以不作交货条件Q2552a3aQ2753a4a注：B试样宽度二、 有色 金属有色 金属 的力 学性 能（表 8 52）表 852有色金属的力学性能材料名称牌号1070A,1050A铝1200铝锰合金3A21铝镁合金SA02铝镁铜合金高强度铝镁7A04铜合金MB1镁锰合金MB8硬铝2Al12纯铜T1、 T2、 T3抗剪强度抗拉强度伸长率屈服点材料状态弹性模量 E/MPa /MPa/MPa/(%)/MPa已退火80751102550 8072000冷作硬化100120 1504120 240已退火70 100110 145195071000半冷作硬化100140155

16、 20013130已退火130160180 23010070000半冷作硬化160200230 280210已退火170250淬硬并经人工35050046070000时效已退火120140170 190359843600已退火170190220 230122414040000冷作硬化190200240 2508 10160已退火105150150 21512淬硬并经自280310400 44015368然时效淬硬后冷作72000280320400 46010340硬化软1602003070108000硬2403003380130000软26030035380100000黄铜H62半硬30038

17、020200硬42042010480软24030040100黄铜H68半硬28035025110000硬40040015250115000HPb59-1软3003502514293000铅黄铜4004505420105000硬软34039025170锰黄铜HMn58-2半硬400450151000005206005硬软26030038140锡磷青铜硬48055035100000锡锌青铜QSn4-350065012546124000特硬铝青铜QAl17退火520600101865606505250115000 130000不退火QAl9-2软3604501830092000铝锰青铜4806005

18、500硬软280300350 3804045239120000硅锰青铜QBi3-1硬480520600 65035540特硬560600700 75012QBe2软240480300 60030250 350117000铍青铜52066021280132000 141000硬B19软24030025白铜3604503硬软28035035207锌白铜BZn15-20硬4005501486126000 140000特硬520650Ni-3Ni-5软3504003570镍4705502210210000 230000硬软30035035德银BZn15-20硬4805501特硬5606501锌Zn-3

19、Zn-6120200140 230407580000 130000铅Pb-3Pb-6203025 40405051015000 17000锡Sn1Sn4304040 501241500 55000TA2360480450 6002530钛合金TA3退火440600550 7502025TA5640680800 85015800 900104000MB1冷态120140170 1903512040000镁合金MB8150180230 240141522041000MB1预热305030 50505240000MB8300507050 70586241000银180503081000可伐合金Ni2

20、9C600软400 600康铜650硬已退火7200700312000钨149114800380000未退火已退火203014002025385280000钼未退火3234160025595300000三、非金属（1）非金属材料的极限抗剪强度（表853）表 8 53非金 属材 料的 极限 抗剪 强度（单 位： MPa ）材料名称纸胶板布胶板玻璃布胶板金属箔的玻璃布胶板金属箔的纸胶板环氧酚醛玻璃布板工业橡胶板石棉橡胶人造橡胶，硬橡胶层压纸板层压布板绝缘纸板厚纸板软钢纸板有机玻璃聚氯乙烯氯乙烯赛璐咯皮革工业用皮革极限抗剪强度管状凸模裁切普通凸模冲裁10013014020090100120180120140160185130150160220110130140200180210210240162080