强度以及连接件

1、强度以及连接件 为保证完成其正常功能，所设计的结构或构件为保证完成其正常功能，所设计的结构或构件 必须具有适当的强度和刚度。必须具有适当的强度和刚度。 结构或构件抵抗破坏的能力结构或构件抵抗破坏的能力 承担预定的载荷而不发生破坏，则强度足够。承担预定的载荷而不发生破坏，则强度足够。 所有的构件所有的构件(不允许破坏机械、结构不允许破坏机械、结构; 需要破坏时，如剪板、冲孔、安全堵等需要破坏时，如剪板、冲孔、安全堵等), 都有必要的强度要求。都有必要的强度要求。 结构或构件抵抗变形的能力；结构或构件抵抗变形的能力； 变形应限制在保证正常工作所允许的范围内。变形应限制在保证正常工作所允许的范围内。

2、 一、极限应力一、极限应力 材料破坏时的应力称为极限应力材料破坏时的应力称为极限应力 塑性材料用屈服点塑性材料用屈服点s 。 脆性材料用抗拉强度脆性材料用抗拉强度b 。二、安全系数和许用应力二、安全系数和许用应力 材料的最大应力小于极限应力时，材料是安全的。但由于材料的最大应力小于极限应力时，材料是安全的。但由于1 1简化时产生的误差和应用有误差的计算公式。简化时产生的误差和应用有误差的计算公式。2 2荷载的误差，如风荷载。荷载的误差，如风荷载。3 3材料的误差。新和旧。材料的误差。新和旧。 因此引入安全系数作为应力储备。用极限应力除以安全系数作为因此引入安全系数作为应力储备。用极限应力除以安

3、全系数作为允许采用的应力数值，称为许用应力，用允许采用的应力数值，称为许用应力，用表示：表示：0 nn为一个大于的数，材料性质不同，为一个大于的数，材料性质不同，n的大小也不同。的大小也不同。塑性材料和脆性材料的许用应力分别为：塑性材料和脆性材料的许用应力分别为：选用安全系数时，考虑以下主要因素：选用安全系数时，考虑以下主要因素： （）载荷的准确性和平稳性）载荷的准确性和平稳性 （）工作应力计算的近似性（）工作应力计算的近似性 （）材料性质的均匀性（）材料性质的均匀性 （）构件必要的强度储备（）构件必要的强度储备 塑性材料，可取屈服安全系数塑性材料，可取屈服安全系数ns=1.52.5。脆性材。

4、脆性材料，可取强度安全系数料，可取强度安全系数nb=2.53.50.2 ( ) sbssbnnn或三、强度条件：三、强度条件： maxmax()NFA对于等截面直杆，上式则为对于等截面直杆，上式则为 maxmaxNFA 依据强度条件，进行强度设计，包括：依据强度条件，进行强度设计，包括： =FN/A 1) 1) 对初步设计的构件，校核是否满足强度条件。对初步设计的构件，校核是否满足强度条件。 若强度不足，需要修改设计。若强度不足，需要修改设计。A FN/ 2) 2) 选定材料，已知构件所承受的载荷时，选定材料，已知构件所承受的载荷时， 设计满足强度要求的构件的截面面积和尺寸。设计满足强度要求的

5、构件的截面面积和尺寸。FN A 3) 3) 已知构件的几何尺寸，许用应力，计算结构或已知构件的几何尺寸，许用应力，计算结构或 构件所能允许承受的最大载荷。构件所能允许承受的最大载荷。工作应力工作应力 大、许用应力大、许用应力 小的小的截面。截面。 处处满足强度条件处处满足强度条件 危险截面满足强度条件危险截面满足强度条件。FFF解：解：1)研究研究C点，列点，列求各杆内力：求各杆内力： Fy=F2cos -F=0 Fx=F2sin -F1=0 得：得：F2=5F/4 (压力压力) ；F1=3F/4 (拉力拉力)3m4m杆杆1杆杆2CF2)由由确定许用载荷确定许用载荷: 对于钢杆对于钢杆1，有，

6、有 F1 A1 钢钢，即，即: 3F/4 120106610-4 F钢钢 96103N 对于木杆对于木杆2，有，有 F2 A2 木木压压，即，即: 5F/4 1510610010-4 F木木 120103NC例例6-2 6-2 图示铰接正方形结构，各杆横截面面积为图示铰接正方形结构，各杆横截面面积为25cm25cm2 2，铸铁的抗拉强度铸铁的抗拉强度+ +=35MPa=35MPa，抗压强度，抗压强度 - -=150MPa=150MPa。 求结构允许的载荷？求结构允许的载荷？解：先求各杆的内力解：先求各杆的内力 取取A A点分析平衡。点分析平衡。B BA AC CD Dp pp pA Ap pN

7、 N4 4N N1 1B BN N1 1N N2 2N N5 5pNNNNNyconNconNxBpNNNNNypconNconNx52150102011410401040145sin20454502,045sin45sin, 04545, 0，点平衡：取根据强度条件：根据强度条件：4611max465522225 1035 10123.725 10150 10375NpNAkNANpNAkNA拉压max取取p=123.7kNp=123.7kNB BA AC CD Dp pp p解：解：53cos, 54sin0sin, 00cos, 0221pNyNNx14302. 010454455375

8、cos754605sin2311212MPaANKNNNKNpN例例6-3 6-3 托架托架BCDBCD，BCBC为圆形杆。为圆形杆。D=20mmD=20mm。BDBD为为8 8号槽钢（见附表号槽钢（见附表A ABDBD=10.24cm=10.24cm2 2），），=160MPa=160MPa，E=200GPaE=200GPa，P=60KNP=60KN。校核托架强度。校核托架强度。322475 1073.2 10.24 10NMPaA此托架满足强度要求。此托架满足强度要求。6.3 6.3 剪切和挤压的实用计算剪切和挤压的实用计算一、一、 工程实际中的剪切问题工程实际中的剪切问题 机械上多数是杆

9、件之间采用联接件组成机构来工作机械上多数是杆件之间采用联接件组成机构来工作的。连接件有螺栓、铆钉等。的。连接件有螺栓、铆钉等。剪切受力特点：作用在构件二侧面上的垂直于剪切受力特点：作用在构件二侧面上的垂直于轴线的二外力大小相等，方向相反，作用线相轴线的二外力大小相等，方向相反，作用线相距很近。距很近。 变形特点：二力之间的横截面发生相对错动。变形特点：二力之间的横截面发生相对错动。该截面称为受剪面该截面称为受剪面以铆钉连接为例，沿剪切面切开以铆钉连接为例，沿剪切面切开, 取部分铆钉研究，取部分铆钉研究，受力如图。受力如图。单剪：单剪：FS=F一个剪切面一个剪切面二个剪切面二个剪切面即即剪应力剪

10、应力 等于剪力等于剪力FS除以剪切面面积除以剪切面面积。可可写为：写为： =FS/A = b/n b是材料剪切强度，由实验确定；是材料剪切强度，由实验确定；n 是剪切安全系数。是剪切安全系数。对剪板、冲孔等需要剪断的情况，应满足对剪板、冲孔等需要剪断的情况，应满足 ： =FS/A b注意：注意：1 1、剪切面。、剪切面。 有单剪和双剪之分。有不同形状。有单剪和双剪之分。有不同形状。 2 2、要剪断材料、要剪断材料, ,需满足：需满足：F FQ Q1.31.3b bA A 一般情况下，塑性材料的许用切应力与许用拉应力之一般情况下，塑性材料的许用切应力与许用拉应力之间的关系：间的关系：=（0.60

11、.80.60.8）6.4 6.4 挤压及其实用计算挤压及其实用计算1. 1. 挤压问题挤压问题 联接件承受剪切的同时，还受到挤压作联接件承受剪切的同时，还受到挤压作用，联接件和被联接件的接触面上将相互用，联接件和被联接件的接触面上将相互压紧，发生局部受压的现象，这种现象称压紧，发生局部受压的现象，这种现象称为挤压。挤压应力过大时，材料因变形过为挤压。挤压应力过大时，材料因变形过大而丧失承载能力。大而丧失承载能力。 2.2.挤压的实用强度计算挤压的实用强度计算 挤压面上的应力称为挤压应力，用挤压面上的应力称为挤压应力，用bsbs表示。也采用假定计算的方法，即表示。也采用假定计算的方法，即bsbs

12、bsFA挤压强度条件：挤压强度条件：bsbsbsbsFA接触面为平面，以接触面积为挤压面积接触面为平面，以接触面积为挤压面积接触面是圆柱面，用圆柱的直径平面面积作为挤压接触面是圆柱面，用圆柱的直径平面面积作为挤压面积；即面积；即Absd*t，t为被联接件的厚度为被联接件的厚度实际挤压面实际挤压面dt挤压面 计算挤压面积jmax=dt(b)(c) max(b) j(c)铆钉：铆钉： 剪切；挤压剪切；挤压 。故故 有：有： 1) 连接件连接件(铆钉、螺栓铆钉、螺栓)沿剪切面沿剪切面剪切剪切破坏。破坏。 上板上板A A：孔边：孔边挤压挤压破坏；危险截面处的破坏；危险截面处的拉伸拉伸破坏。破坏。下板下

13、板B B：孔边孔边挤压挤压破坏或危险截面处的破坏或危险截面处的拉伸拉伸破坏。破坏。2) 连接件连接件和和被连接件被连接件接触面间的接触面间的挤压挤压破坏。破坏。3) 被连接件被连接件在危险截面处的在危险截面处的拉压拉压破坏。破坏。例：例：板宽板宽b=180mm,b=180mm,厚厚t t1 1=16mm.t=16mm.t2 2=18mm,=18mm,d=25mm,d=25mm,=140MPa,=100M=140MPa,=100MPa,Pa,bsbs=280MPa=280MPa求：最大载荷求：最大载荷 P Pmaxmax= ? = ? 解：各铆钉受力均匀，则有解：各铆钉受力均匀，则有F FQ Q=F=Fbsbs=P/5=P/51 1、铆钉剪切强度：、铆钉剪切强度：2 2、铆钉挤压强度：、铆钉挤压强度：5bsbsbsFpAA11225556055630bsbsbsbsbsbspAdtKNpAdtKN82 5 5 100.02524554QFPpAKNAA t t1 1t t2 2p p2 21 1b bp pp拉压强度条件拉压强度条件 =FN/A = ys/