材料力學(xué) Chapter83 連接件部分的實(shí)用計(jì)算 課件

材料力學(xué)第23講Chapter8-3第八章連接件部分的實(shí)用計(jì)算內(nèi)容§8.5連接件的實(shí)用計(jì)算§8.6鉚釘連接的計(jì)算§8.7榫齒連接2工程中多個(gè)構(gòu)件的連接是很常見的（特別是鋼結(jié)構(gòu)工程，機(jī)械結(jié)構(gòu)工程，木結(jié)構(gòu)工程），此時(shí)除了研究被連接件的強(qiáng)度外，連接件本身的強(qiáng)度也是非常重要的。一、概述§8.5連接件的實(shí)用計(jì)算33.銷軸連接64.鍵連接鍵用來連接軸和裝在軸上的轉(zhuǎn)動零件，如齒輪、皮帶輪、聯(lián)軸器等，起傳遞轉(zhuǎn)矩的作用。M75.榫齒連接PP89徐志摩的《再別康橋》輕輕的我走了，

正如我輕輕的來；

我輕輕的招手，

作別西天的云彩

那河畔的金柳，是夕陽中的新娘；

波光里的艷影，在我的心頭蕩漾。……

康河流經(jīng)劍橋（康橋），河上有一座數(shù)學(xué)橋（mathmaticalbridge）也稱牛頓橋，是位于王后學(xué)院(Queens’College)內(nèi)的木橋。10相傳，這座橋是牛頓運(yùn)用數(shù)學(xué)和力學(xué)原理設(shè)計(jì)建造的，整座橋上沒有使用一根釘子，堪稱是個(gè)奇跡。數(shù)學(xué)橋11相傳數(shù)學(xué)橋用了約7000塊木頭來架構(gòu)，本來需要用到10000根鐵釘來連結(jié)固定銜接處。但是牛頓決定一根釘子都不用，只運(yùn)用數(shù)學(xué)與物理原理建造了這座木橋的傳奇。據(jù)說，有一位好奇的劍橋?qū)W生把它拆了，就想看個(gè)究竟?？墒菬o法恢復(fù)原狀，最后，不得不用釘子來固定，才將木橋又重新架構(gòu)起來。12根據(jù)《劍橋權(quán)威指南2》和公元2002年新版的劍橋畫冊證實(shí)數(shù)學(xué)橋是公元1749年由威廉?艾斯理其（WilliamEtheridge）根據(jù)數(shù)學(xué)原理設(shè)計(jì)，并由詹姆斯?艾塞科斯（JamesEssex）完成建造，建橋使用了制作馬車用的螺釘。而牛頓卻早在公元1727年去世，這故事反應(yīng)后人對牛頓的追念與崇敬，突顯他在數(shù)學(xué)與物理領(lǐng)域的偉大貢獻(xiàn)，總希望透過傳奇故事將他永留在生活中。現(xiàn)在的數(shù)學(xué)橋是復(fù)制品，建造于公元1905年，并改用螺栓作連接固定。

13連接件的特點(diǎn)因連接件的本身尺寸很小，而其變形往往比較復(fù)雜，在工程設(shè)計(jì)中，通常按照連接破壞的可能性，采用實(shí)用算法。14①按照破壞可能性②反映受力基本特征③簡化計(jì)算工程實(shí)用計(jì)算方法15以螺栓(或鉚釘)連接為例FFFFFFmm螺栓破壞實(shí)驗(yàn)表明,連接處的破壞可能性有三種：(1)螺栓在兩側(cè)與鋼板接觸面的壓力F作用下，將沿m-m截面被剪斷；(2)螺栓與鋼板在相互接觸面上因擠壓而使連接松動；(3)鋼板在受螺栓孔削弱的截面處被拉斷。其他的連接也都有類似的破壞可能性。16

在局部面積上的受壓稱為擠壓或承壓。相當(dāng)復(fù)雜的問題。工程上對螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算，均采用直接實(shí)驗(yàn)為依據(jù)的實(shí)用計(jì)算。這類問題的處理方法17二、剪切實(shí)用計(jì)算

剪切面:螺栓將沿兩側(cè)外力之間、與外力作用線平行的截面m-m發(fā)生相對錯動，這種變形形式為剪切。m-m截面發(fā)生剪切變形,稱為剪切面。用截面法，可得剪切面上的內(nèi)力，即剪力FS。FFFmmFsmm18在剪切實(shí)用計(jì)算中，假設(shè)剪切面上各點(diǎn)處的切應(yīng)力相等，得剪切面上的名義切應(yīng)力和剪切的強(qiáng)度條件

對大多數(shù)的連接件(或連接)來說，剪切變形及剪切強(qiáng)度是主要的。

19注意：連接件計(jì)算中，連接件材料的許用切應(yīng)力[]是通過直接試驗(yàn)，按上式得到剪切破壞時(shí)材料的極限切應(yīng)力，再除以安全因數(shù)，即得[];可在有關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范中查到，它與鋼材在純剪應(yīng)力狀態(tài)時(shí)的容許剪應(yīng)力顯然是不同的。剪切試驗(yàn)剪切試驗(yàn)裝置20例1圖示的銷釘連接中，構(gòu)件A通過安全銷C將力偶矩傳遞到構(gòu)件B。已知荷載F=2kN，加力臂長l=1.2m，構(gòu)件B的直徑D=65mm，銷釘?shù)臉O限切應(yīng)力u=200MPa。試求安全銷所需的直徑d。FFdDACBlO21解：取構(gòu)件B和安全銷為研究對象，其受力為

由平衡條件

剪力為剪切面積為FFDOdDACBlOFssFeM分析22

當(dāng)安全銷橫截面上的切應(yīng)力達(dá)到其極限值時(shí)，銷釘被剪斷，即剪斷條件為

解得23三.擠壓的實(shí)用計(jì)算

在螺栓連接中，在螺栓與鋼板相互接觸的側(cè)面上，將發(fā)生彼此間的局部承壓現(xiàn)象，稱為擠壓。在接觸面上的壓力，稱為擠壓力Fbs。

擠壓力過大，可能引起螺栓壓扁或鋼板在孔緣壓皺，從而導(dǎo)致連接松動而失效。24

分析受力、確定擠壓面:

實(shí)際的擠壓面是半個(gè)圓柱面，而在實(shí)用計(jì)算中用其直徑平面Abs來代替。實(shí)際接觸面直徑投影面bsFF實(shí)際情形的受力分析25[bs]是通過直接試驗(yàn)，并按名義擠壓應(yīng)力公式得到材料的極限擠壓應(yīng)力，從而確定許用擠壓應(yīng)力。名義擠壓應(yīng)力和擠壓強(qiáng)度條件

26例2銷釘連接如圖。已知F=18kN,t=8mm,t1=5mm,d=15mm,材料許用切應(yīng)力[]=60MPa,許用擠壓應(yīng)力[bs]=200MPa,試校核銷釘?shù)膹?qiáng)度。

t1

t

d

27解：（1）切應(yīng)力強(qiáng)度

（2）擠壓強(qiáng)度

銷釘滿足強(qiáng)度要求。

t1

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d

28一、鉚釘組承受橫向荷載FFFF§8.6鉚釘連接的計(jì)算29FFFF在鉚釘組的計(jì)算中假設(shè)每個(gè)鉚釘?shù)氖芰椋?/p>

（1）無論鉚接的方式如何，均不考慮彎曲的影響。（2）若外力的作用線通過鉚釘組橫截面的形心，且同一組內(nèi)各鉚釘?shù)闹睆较嗤?，則每個(gè)鉚釘?shù)氖芰σ蚕嗤?/p>

30連接方式搭接單蓋板對接一個(gè)剪切面31FFFF雙蓋板對接兩個(gè)剪切面32例3

一鉚接頭如圖所示，受力F=110kN，已知鋼板厚度為t=1cm，寬度

b=8.5cm，許用應(yīng)力為[

]=160MPa；鉚釘?shù)闹睆絛=1.6cm，許用切應(yīng)力為[]=140MPa，許用擠壓應(yīng)力為[bs]=320MPa，試校核鉚接頭的強(qiáng)度。（假定每個(gè)鉚釘受力相等）bFFttdFF33解：受力分析如圖bFFttdFFF112233F/434切應(yīng)力和擠壓應(yīng)力的強(qiáng)度條件ttdFFF112233F/435鋼板的2--2和3--3面為危險(xiǎn)面綜上，接頭安全。ttdFFF112233F/436梁的補(bǔ)強(qiáng)問題F37例4

圖示懸臂梁，由兩塊木板釘成T型截面，鐵釘?shù)脑S用剪力[FS]=800N。求鐵釘?shù)拈g距。

1.8kN38解：

1.8kN39二、鉚釘組承受扭轉(zhuǎn)荷載Fe/2e/2F40承受扭轉(zhuǎn)荷載的鉚釘組由于被連接件的轉(zhuǎn)動趨勢，每個(gè)鉚釘?shù)氖芰⒉幌嗤?。令鉚釘組橫截面的形心為O，假設(shè)鋼板的變形不計(jì)（視為剛體）。于是，每一鉚釘?shù)钠骄袘?yīng)變與該鉚釘截面中心至O點(diǎn)的距離成正比。Fe/2e/2F41若鉚釘組中每個(gè)鉚釘?shù)闹睆较嗤?，且切?yīng)力與切應(yīng)變成正比，則每個(gè)鉚釘所受的力與該鉚釘截面中心至O點(diǎn)的距離成正比，其方向垂直于該點(diǎn)與O點(diǎn)的連線，而每一鉚釘上的力對O點(diǎn)力矩的代數(shù)和等于鋼板所受的扭矩。Fe/2e/2F42F3Fe/2e/2FO1243F2F1F4ai為各鉚釘截面中心至O點(diǎn)的距離。Fi為各鉚釘所受的力。根據(jù)鉚釘組內(nèi)每個(gè)鉚釘上承擔(dān)力間的關(guān)系：每個(gè)鉚釘所受的力與該鉚釘截面中心至O點(diǎn)的距離成正比，可以確定出鉚釘組內(nèi)每個(gè)鉚釘上承擔(dān)力的大小。43對于承受偏心橫向荷載的鉚釘組，可將偏心荷載F向鉚釘組截面中心O點(diǎn)簡化，得到一個(gè)通過O點(diǎn)的荷載F和一個(gè)繞O點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的扭矩Me＝Fe。FMe=FeFe44FMe=Fe若同一鉚釘組鉚釘?shù)牟牧虾椭睆骄?/p>