第八章-连接件.ppt

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1、第八章 连接部分的计算8.l 概 述西南交通大学应用力学与工程系材料力学教研室西南交通大学应用力学与工程系材料力学教研室 如如桥桥梁梁桁桁架架结结点点处处的的铆铆钉钉(或或螺螺栓栓)连接连接,mnmnFFF2F2F 机机械械中中的的轴轴与与齿齿轮间的键连接，轮间的键连接，以及木结构中以及木结构中的榫齿连接等。的榫齿连接等。工程实际中，经常需要将构件相互连接。工程实际中，经常需要将构件相互连接。工程实际中工程实际中,采用简化计算的方法，计算名采用简化计算的方法，计算名义应力（包括剪切应力、挤压应力）义应力（包括剪切应力、挤压应力），称为称为工工程实用计算法程实用计算法。铆钉、螺栓、键等起连接作用

2、的部件，统铆钉、螺栓、键等起连接作用的部件，统称为连接件。称为连接件。主要包括主要包括连接件的剪切实用计算连接件的剪切实用计算 、挤压实用、挤压实用计算。计算。8.2 连接件的实用计算法以螺栓以螺栓(或铆钉或铆钉)连接为例，连接为例，螺栓破坏实验螺栓破坏实验表明表明,连接处的破坏可能性有三种：连接处的破坏可能性有三种：FFFF(1)(1)螺螺栓栓在在两两侧侧与与钢钢板板接接触触面面的的压压力力F作作用用下下，将将沿沿m-m截面被截面被剪断剪断；(2)(2)螺栓与钢板在相互接触面上因螺栓与钢板在相互接触面上因挤压挤压而使连接松动；而使连接松动；(3)(3)钢板在受钢板在受螺栓孔削弱螺栓孔削弱的截

3、面处被拉断。的截面处被拉断。其他的连接也都有类似的破坏可能性。其他的连接也都有类似的破坏可能性。FFmm 在局部面积上的受压称为挤压或承压。在局部面积上的受压称为挤压或承压。相当复杂相当复杂的问题的问题。工程上对螺栓连接的强度计算，均采用直接实验工程上对螺栓连接的强度计算，均采用直接实验为依据的为依据的实用计算实用计算。1.剪切的实用计算 剪切面剪切面:螺栓将沿两侧外力之螺栓将沿两侧外力之间、与外力作用线平行的截面间、与外力作用线平行的截面mm发生相对错动，这种变形发生相对错动，这种变形形式为剪切。形式为剪切。m-m截面发生剪切截面发生剪切变形变形,称为剪切面称为剪切面 用用截截面面法法，可可

4、得得剪剪切切面面上上的的内内力，即剪力力，即剪力FS。FFFmmFsmm 在剪切实用计算中，假设剪切面上各各点点处处的的切切应应力力相相等等，得剪切面上的名义切应力和剪切的强度条件 注意：连接件计算中，注意：连接件计算中，连接件材料的许用切应力连接件材料的许用切应力 是是通过直接通过直接试验试验，按上式得到剪切破坏时材，按上式得到剪切破坏时材料的极限切应力，再除以安全因数，即得料的极限切应力，再除以安全因数，即得;可在有关的设计规范中查到，它与钢材在可在有关的设计规范中查到，它与钢材在纯剪应纯剪应力力状态时的容许剪应力状态时的容许剪应力显然是不同显然是不同的。的。FS为为剪切面上的剪力；剪切面

5、上的剪力；AS为剪切面的面积为剪切面的面积。对对大大多多数数的的连连接接件件(或或连连接接)来来说说，剪剪切切变变形形及及剪切强度是主要的。剪切强度是主要的。例例 图图示示的的销销钉钉连连接接中中，构构件件A通通过过安安全全销销C将将力力偶偶矩矩传传递递到到构构件件B。已已知知荷荷载载F=2kN，加加力力臂臂长长l=1.2m，构构 件件 B的的 直直 径径 D=65mm，销销 钉钉 的的 极极 限限 切切 应应 力力 u=200MPa。试求安全销所需的直径试求安全销所需的直径d。解解：取构件：取构件B和安全销为研和安全销为研究对象，其受力为究对象，其受力为 由平衡由平衡条件条件 剪力为剪力为剪

6、切面积为剪切面积为FFDOdDACBlOFssFeM 当安全销横截面上的切应力达到其极限值时，销当安全销横截面上的切应力达到其极限值时，销钉被剪断，即剪断条件为钉被剪断，即剪断条件为 解得2.挤压的实用计算 分分析析受受力力、确确定定挤挤压压面面:实实际际的的挤挤压压面面是是半半个个圆圆柱面柱面，而在实用计算中用其，而在实用计算中用其直径平面直径平面Abs来代替来代替 在在螺螺栓栓连连接接中中，在在螺螺栓栓与与钢钢板板相相互互接接触触的的侧侧面面上上，将发生将发生彼此间的局部承压现象，称为彼此间的局部承压现象，称为挤压挤压。在接触面上的压力，称为在接触面上的压力，称为挤压力挤压力Fbs 挤挤压

7、压力力过过大大，可可能能引引起起螺螺栓栓压压扁扁或或钢钢板板在在孔孔缘缘压压皱，从而导致连接松动而皱，从而导致连接松动而失效失效 实际接触面直径投影面bsFF bs是是通通过过直直接接试试验验，并并按按上上式式得得到到材材料料的的极极限限挤压应力，从而确定之。挤压应力，从而确定之。则则名义挤压应力和挤压强度条件名义挤压应力和挤压强度条件 例例 某某钢钢桁桁架架的的一一结结点点如如图图。斜斜杆杆A由由两两个个63mm 6mm的的等等边边角角钢钢组组成成，受受力力F=140kN的的作作用用。该该斜斜 杆杆 用用 螺螺 栓栓 连连 接接 在在 厚厚 度度 为为=10mm的的结结点点板板上上，螺螺栓栓

8、直直径径为为d=16mm。已已知知角角钢钢、结结点点板板和和螺螺栓栓的的材材料料均均为为Q235钢钢，许许用用应应力力为为=170MPa，=130MPa，bs=300MPa。试试选选择择螺螺栓栓个个数数，并校核斜杆并校核斜杆A的拉伸强度的拉伸强度。选选择择螺螺栓栓个个数数的的问问题题：先先从从剪剪切切强强度度条条件件选选择择螺螺栓个数，然后用挤压强度条件来校核。栓个数，然后用挤压强度条件来校核。当当各各螺螺栓栓直直径径相相同同，且且外外力力作作用用线线过过该该组组螺螺栓栓截截面面的的形形心心时时，可可假假定定每每个个螺螺栓栓的的受受力力相相等等，对对每每个个螺螺栓栓(总数为总数为n)剪切强度条

9、件剪切强度条件 FFssFFnA得得取取校核校核挤压强度挤压强度（参照上页图）（参照上页图）螺栓满足挤压强度条件螺栓满足挤压强度条件 校核角钢的校核角钢的拉伸强度拉伸强度 对应最弱截面对应最弱截面m-m的轴力的轴力角钢横截面角钢横截面m-m上的拉应力上的拉应力FbsFbsFbsFmmFF2F33+8.3 铆钉连接的计算 按按铆铆钉钉组组的的受受载载方方式式讨讨论论铆铆钉钉连连接接的的强强度度计计算算，主主要仍是确定要仍是确定剪切面积、剪力、挤压力、挤压面积剪切面积、剪力、挤压力、挤压面积。1.铆钉组承受横向荷载 FFFF例例 两两根根钢钢轨轨铆铆接接成成组组合合梁梁，其其连连接接情情况况如如图

10、图。每每根根钢钢轨轨的的横横截截面面面面积积A=8000mm2，形形心心距距离离底底边边的的高高度度c=80mm，每每一一钢钢轨轨横横截截面面对对其其自自身身形形心心轴轴的的惯惯性性矩矩 Iz1=1600 104mm4；铆铆 钉钉 间间 距距 s=150mm，直直 径径d=20mm，许许 用用 切切 应应 力力 =95MPa。若若 梁梁 内内 剪剪 力力FS=50kN，试试校校核核铆铆钉钉的的剪剪切切强强度度。不不考考虑虑上上、下下两两钢轨间的摩擦。钢轨间的摩擦。两个剪切面FFFF一个剪切面一个剪切面分析分析：在横力弯曲的情况下，由于相邻横截面上在横力弯曲的情况下，由于相邻横截面上弯矩弯矩不同

11、不同，相应点处的，相应点处的正应力不相等正应力不相等，故上、下两钢轨有，故上、下两钢轨有沿其接触面发生沿其接触面发生纵向错动纵向错动的趋势，铆钉将承受剪力的趋势，铆钉将承受剪力。每每排排铆铆钉钉(两两个个)承承受受的的剪剪力力为为一一根根钢钢轨轨在在距距离离等等于铆钉纵向间距于铆钉纵向间距s的两个横截面上压力的两个横截面上压力(或拉力或拉力)之差之差 由弯曲切应力公式计算由弯曲切应力公式计算 得到一个铆钉的剪力，剪切面积为铆钉横截面得到一个铆钉的剪力，剪切面积为铆钉横截面积，于是就可核铆钉的剪切强度。积，于是就可核铆钉的剪切强度。czz1M1sFsssFssTF=2sF1FTTFsFM8.4

12、榫齿连接 在在木木结结构构中中，除除了了螺螺栓栓连连接接和和钉钉连连接接外外，通通常常还还采采用用榫榫齿齿连连接接。榫榫齿齿连连接接有有平平齿齿、单单齿齿和和双双齿齿连连接接三种，此处介绍平齿连接。三种，此处介绍平齿连接。榫榫齿齿连连接接应应核核算算木木材材的的压压缩缩强强度度、剪剪切切强强度度和和拉伸强度。拉伸强度。caaFFbh（1）压缩强度压缩强度FN为承压面的压力；为承压面的压力；Ac为齿的承压面面积为齿的承压面面积,c 为为木材的斜纹许用压应力木材的斜纹许用压应力,下标下标 为压力为压力FN与木纹间与木纹间的夹角。的夹角。（2）剪切强度剪切强度 FS为为剪剪切切面面上上的的剪剪力力；AS为为剪剪切切面面的的面面积积.为为木木材材的的顺顺纹纹许许用用切切应应力力；KS为为考考虑虑沿沿剪剪切切面长度切应力分布不均匀的降低因数面长度切应力分布不均匀的降低因数.（3）拉伸强度拉伸强度 木木材材的的拉拉伸伸强强度度仍仍按按轴轴向向拉拉伸伸进进行行核核算算。值值得得注注意意的的是是，木木材材的的许许用用应应力力不不仅仅和和应应力力与与木木纹纹间间的的夹夹角角大大小小有有关关，而而且且与与温温度度、含含水水率率、荷荷载载作作用用时时间间以，及以，及木节、裂纹木节、裂纹等缺陷有关等缺陷有关.At为为连接处木材的最小连接处木材的最小横截面积。横截面积。