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剪切和挤压

剪切和挤压
一、知识点
1、 了解剪切变形的特点
2、 掌握剪切实用计算 3、 掌握挤压实用计算
二、重点内容 1、 剪切实用计算 2、 挤压实用计算
本章主要内容
§3-1 剪切与挤压的概念 §3-2 剪切和挤压的强度计算
§3-1 剪切与挤压的概念
剪切的工程实例
剪切件简化如下图
铆钉连接
螺栓连接
销轴连接
平键连接
焊接连接
榫连接
§3-2 剪切和挤压的强度计算
一.剪切的强度计算
F F
F
m
m
F
剪切受力特点:作用在构件两侧面上的外 力合力大小相等、方向相反且作用线很近。
和板的材料相同,试校核其强度。
解:1.板的拉伸强度
2.板的剪切强度
Fs F 50103 A 4a 4 0.08 0.01
15.7106 15.7MPa [ ]
FN F A (b 2d )
50 103
(0.15 2 0.017) 0.01
43.1106 43.1MPa [ ]
变形特点:位于两力之间的截面发生相 对错动。
假设切应力在剪切面(m-m截面)
上是均匀分布的
F
m
m
FS
FS m
m
F
得切应力计算公式: Fs
A
切应力强度条件: 常由实验方法确定
二.挤压的强度计算
F
假设应力在挤压面上是均匀分布的
F
得实用挤压应力公式
bs
Fbs Abs
*注意挤压面面积的计算
挤压强度条件:
bs 常由实验方法确定
切应力强度条件:
挤压强度条件: 塑性材料: 脆性材料:
为充分利用材料,切 应力和挤压应力应满足

剪切和挤压

剪切和挤压

挤压强度条件:
bs

Fbs Abs

bs
塑性材料: 0.5 0.7 bs 1.5 2.5
脆性材料: 0.8 1.0 bs 0.9 1.5
材料力学
Fs F
A lb
bs
mm
材料力学
三.其它连接件的实用计算方法
焊缝剪切计算
l
有效剪切面
h
45
L
材料力学
本章小结
一、知识点
1、 了解剪切变形的特点
2、 掌握剪切实用计算 3、 掌握挤压实用计算
二、重点内容 1、 剪切实用计算 2、 挤压实用计算
材料力学
F
m
m
F
剪切受力特点:作用在构件两侧面上的外 力合力大小相等、方向相反且作用线很近。
变形特点:位于两力之间的截面发生相 对错动。
假设切应力在剪切面(m-m截面)
上是均匀分布的
F
m
m
FS
FS m
m
F
得切应力计算公式: Fs
A
切应力强度条件: Fs
A
常由实验方法确定

Fbs Abs

F cb
材料力学
bs 2


Fs A

4F
d 2
bs

Fbs Abs

F dh
为充分利用材料,切 应力和挤压应力应满足
F dh

2

4F
d 2
d 8h

材料力学
d
b
a
例1:图示接头,受轴向力F 作用。
已知F=50kN,b=150mm,δ =10mm, d=17mm,a=80mm,[σ ]=160MPa,

材料力学课件 第三章 剪切与挤压

材料力学课件 第三章  剪切与挤压
铆钉直径 d =16mm,钢板的尺寸为 b =100mm,d =10mm,F = 90kN, 铆钉的许用应力是 [] =120MPa, [bs] =200MPa,钢板的许用拉应力
[]=160MPa. 试校核铆钉接头的强度.
d
d
F
F
第三章
d
F
剪切与挤压
d
F
F
b
F
第三章
F/4 F F/4
剪切与挤压
第三章
3.1 剪切与挤压的概念 剪切变形
剪切与挤压
螺栓
1.工程实例 (1) 螺栓连接
F
F 铆钉
(2) 铆钉连接
F F
第三章
(3) 键块联接
剪切与挤压
(4) 销轴联接
F
齿轮 m

d

B
d1
A
d d1
F
第三章
2.受力特点 以铆钉为例
剪切与挤压
(合力) F
构件受两组大小相等、方向相
反、作用线相互很近的平行力系
F 2
挤压面
F
F 2
这两部分的挤压力相等,故应取长度 为d的中间段进行挤压强度校核. FS
FS
bs
F F 150MPa bs Abs td
故销钉是安全的.
第三章
D
剪切与挤压
思考题 (1)销钉的剪切面面积 A
h
(2)销钉的挤压面面积 Abs
d
F
第三章
D
挤压面
剪切与挤压
(3)校核钢板的拉伸强度 剪切面 F/4 F/4 F/4
F
F/4
F
+
3F/4 F/4
第三章

剪切和挤压

剪切和挤压
A
【公式3-9】
许用切应力,常由实验方法确定:公式3-10
塑性材料: 0.5 0.7
脆性材料: 0.8 1.0
目录
挤压强度条件----挤压强度
d
δ Abs d
d
(a)
(b)
(c)
挤压强度条件:
bs

Fbs Abs
§3-2 剪切和挤压
1、剪切 2、挤压 3、剪切与挤压强度 4、剪切与挤压在生产实践中应用
剪切和挤压的工程实例
剪床剪钢板
铆钉连接
【图3-13】 F
F
目录
剪切和挤压的工程实例
销轴连接
F
F
工程中承受剪切变形的构件常常是连接件。
常遇到受剪切变形的零件有螺栓、键、销、铆 钉等标准件。
目录

由于受剪零件同时伴有挤压作用,因此
剪切和挤压在生产实践中的应用
工程中,常用连接件受到的剪力和挤压力比较复杂,变形也 复杂。计算设计这类杆件时常采用
实践应用:把及其中某个次要零件设计成机器中最薄弱的 环节,机器超载时,这个零件先行破坏,从而保护机器中 其他重要零件。
【例3-4】 【例3-5】
目录

bs
bs 许用挤压应力,常由实验方法确定
【公式3-11】
塑性材料: bs 1.5 2.5 脆性材料: bs 0.9 1.5
目录
利用抗剪强度和挤压强度两个条件式3-9、311可以解决三类强度问题,即:强度校核,设 计截面尺寸和确定许用载荷。
P
P P /2
P
}P
P
P/2
P/2
Q
Q
}P

剪切与挤压_图文

剪切与挤压_图文
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第五章 剪切与挤压
第一讲:剪切与挤压的概念和工程实例 第二讲:剪切与挤压的实用计算
一、剪切的概念 机械中常用的连接件,如销钉、键和铆钉等,都是承受剪切
的零件
从实例我们可以得到 剪切的受力特点:作用在构件上的外力垂直于轴线,两侧外力 的合力大小相等,方向相反,作用线相距很近。
挤压面
Fj
M
M
键或槽变形
Fj
Fj
挤压面
键上挤压力
三个挤压面 F
挤压面为曲面时的
F
计算挤压面
二个剪切面 F
F 二个挤压面
计算挤压面
Fj
Fj
Fj
实际挤压面
二、挤压实用强度计算
由于挤压面上的挤压应力分布比较复杂,所以与剪切一样
,工程中也采用实用计算,即认为挤压应力在挤压面上均匀
分布,于是有
挤压面上的挤压力
2、剪切与挤压的实用计算
剪切与挤压的实用计算中要正确判断剪切面与挤压面 的位置2n
(1)铆钉剪切计算 F/2n
(2)铆钉的挤压计算
因此取 n=4.
(3)主板拉断的校核
I
F/n
F/n
F
F/n F/n
危险截面为I-I截面 主板的强度条件为(忽略 应力集中的影响):
I
t
F
F/2
小结
1、剪切变形的 受力特点:外力作用线平行、反向、垂直与轴线、 相隔距离很小 变形特点:两力间的横截面发生相对错动
挤压面的计算面积
计算面积Ajy需根据挤压面的形状来确定。如键联接的挤压面
为平面,则该平面的面积就是挤压面积的计算面积 。
解: 可能造成的破坏:
(1)因铆钉被剪断而使铆接被破坏; (2)铆钉和板在钉孔之间相互挤压过大,而使铆接被破坏; (3)因板有钉孔,在截面被削弱处被拉断。

第十一章 剪切与挤压

第十一章 剪切与挤压
解:当螺栓的工作拉应力达到许用拉应力时,螺栓头部的工作切应力恰好 达到许用切应力,这种螺栓的螺栓直径d和螺栓头部高度h的比值即为合理比 值。 由拉伸强度条件得: F F 4F 2 2 A1 d 4 d 由剪切强度条件得:
例11-1
故:FQ ASF 0.6 dh
单元体的前、后两个面上无任何应力。因为单元体是平衡的,所以它 的上、下两个面上必存在大小相等、方向相反的切应力 τ‘,它们组成 的力偶矩为
( dxdz )dy
左、右面上的力偶平衡,即:
( dxdz)dy ( dydz)dx
由此可得:

上式表明,在过一点相互垂直的两个平面上,切应力必然成对存在,且数值相 等;方向垂直于两个平面的交线,且同时指向或同时背离这一交线,这一规律 称为切应力互等定理。
图11-9
铆钉的剪切强度是安全的。 (4)铆钉的挤压强度校核。铆钉的挤压力和计算挤压面积与钢板相同, 但铆钉的挤压许用应力比钢板高,钢板的挤压强度是安全的,则铆钉的挤 压强度也是安全的。 综上所述,整个铆接件是安全的。
三、剪切胡克定律与切应力互等定理
1. 剪切胡克定律 杆件发生剪切变形时,杆内与外力平行的截面会产 生相对错动。在杆件受剪部位中的某点A取一微小的正六面 体(图11-10a),将其放大,如图11-11b所示 剪切变形时,在切应力作用下,截面发生相对错动,使正 六面体变为斜平行六面体,如图11-11b中虚线所示。图中线 段ee’(或ff’)为平行于外力F的面efgh相对于面abcd的滑移量, 称为绝对剪切变形。相对剪切变形为:
G E 2(1 )
(11-6)
图11-10
2 .切应力互等定理 设单元体的分别为dx、dy、dz,如图11-11所示,

剪切与挤压(工程力学课件)

剪切与挤压(工程力学课件)
解:(1)确定圆孔的最小直径d。
解得
考虑生产实际情况,圆整取最小直径为35mm。
剪切
解: (2)确定钢板的最大厚度t。
解得
挤压
挤压
1. 挤压的基本概念
➢ 连接件在发生剪切变形的同时,在传力的接触面上,由于局部受到压力 作用,致使接触面处的局部区域产生塑性变形,这种现象称为挤压。
构件上产生挤压变形的接触面称 为挤压面。挤压面上的压力称为 挤压力,用Fjy表示。一般情况下, 挤压面垂直于挤压力的作用线。 挤压面为下半个圆周面
d h
挤压
4.计算实例
例: 如图7.7所示拉杆,用四 个直径相同的铆钉固定在格板 上,拉杆与铆钉的材料相同, 试校核铆钉与拉杆的强度。已 知载荷F=80kN,板宽b= 80mm,板厚t=10mm,铆钉直 径d=16mm,许用切应力[τ]= 100MPa,许用挤压应力[σjy]= 100MPa,许用拉应力[σ]= 160MPa。
jy
F jy A jy
35.7 103 80 5
89.3MPa [ jy ]
所以键的剪切和挤压强度均满足要求。
可以看出:键的剪切强度一般有较大的储备,而挤压强度的储 备较少,因此工程上通常对键只作挤压强度计算。
剪切与挤压的工程实例与计算
例二:图示拖车挂钩用插销联接,已知挂钩厚度=10mm, [] =100MPa, [jy]=200MPa,拉力F=56kN,试设计插销的直径d。
剪切
2.剪切的实用计算——剪力
剪切面
Q
F
Q
Q
剪切
剪切面
F
Q
将螺栓从剪切面截开,由力的平衡,有:
Q为剪切内力,即剪应力在剪切面上的合力,我们称之为剪力
剪切

第八章 剪切与挤压

第八章 剪切与挤压

挤压强度条件:
C
FC C C AC
可由实验方法确定
钢材 [ C ] =(1.7~2)
当挤压面为半圆柱侧面时,中点的挤压应力值最 大,如果用挤压面的正投影面作为挤压计算面积, 计算得到的挤压应力与理论分析所得到的最大挤 压应力近似相等。 在挤压的实用计算中,对于铆钉、销钉等圆 柱形联接件的挤压面积用 Ajy = d× 来计
第八章剪切挤压实用计算第一节剪切与挤压第二节剪切与挤压的强度计算本章重点剪切与挤压的强度计算螺栓连接铆钉连接销轴连接连接件实例目目录录1
第八章
剪切挤压实用计算
第一节 剪切与挤压
第二节 剪切与挤压的强度计算
第一节 剪切与挤压
1.连接件:结构中,起连接作用的构件。特点,几何尺寸小, 受力复杂。连接件通常产生剪切和挤压基本变形。 连接件实例
AC:有效挤压面面积
本章作业题:8-5,8-6, 8-8
螺栓连接
销轴连接
铆钉连接
平键连接
F
m
F F 挤压面 Q

m
受剪面 2.剪切受力特点:一对力作用线非常靠近。 3.剪切变形特点:受剪面发生错动。 受剪面:一对力之间的面。 挤压面:互相压紧的面。 构件受剪切的同时,接触面上产生挤压现象。
判别以下连接件的受剪面和挤压面:
第二节 剪切与挤压的强度计算

4
[ ]
d2
d 14mm
(2)螺栓的挤压强度计算
挤压力FC 40kN,有效挤压面积 AC 18d
FC 40 103 bs [ bs ] 3 AC 18d 10
d 7.4mm
取螺栓直径为: d =14mm
取螺栓直径为: d =14mm (3)钢板强度校核。 盖板厚度累加大于主板厚度,因此只需 校核主板强度。 主板被一个螺栓孔削弱,削弱处净截面积为
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15
123 P/4
23 1 23 P
23
剪切与挤压
:钢板的2—2 和3--3面为危险面
2
3P 4t(b 2d
)
3110 107 155.7MPa
4(8.5 21.6)
P
3
P t(b
d)
110 107 159.4MPa
1(8.5 1.6)
16
剪切与挤压
17
:切应力和挤压应力的强度校核
FS Pbs P
10
h bL AS
剪切与挤压
FS Pbs P
FS P
AS bL
57103 28.6MPa
20 100
bs
Pbs Abs
P Lh
2
57 103 100 6
95,3MPa
c
综上,键满足强度要求。
11
h bL AS
剪切与挤压
12
剪切与挤压
:切应力和挤压应力的强度条件
FS Lb
L1
FS
b
64 (m) 50mm 16 80
2 Pbs Lh
bs L2
ห้องสมุดไป่ตู้
2 Pbs
h bs
2 64 (m) 53.3mm 10 240
:综上
L maxL1,L2 53.3mm
13
剪切与挤压
例 4:一铆接头如图所示,受力P=110KN,已知钢板厚度为 t=1cm, 宽度 b=8.5cm ,许用应力为[ ]= 160M Pa ;铆钉的直径d=1.6cm, 许用切应力为[]= 140M Pa ,许用挤压应力为[ c]= 320M Pa,试 校核铆接头的强度。(假定每个铆钉受力相等。)
FS P
4
二、剪切的实用计算
FS
剪力
剪切面
P
剪切与挤压
1、剪切面——AS:错动面。 剪力——FS:剪切面上的内力。
2、名义切应力—— FS
AS
3、剪切强度条件(准则):
FS
AS
其中: jx
n
5
三、挤压的实用计算
剪切与挤压
1、挤压力——Pbs :接触面上的合力
Pbs Pbs
Abs=dt
剪切与挤压
§2-13 剪切与挤压强度计算
连接件的剪切(Shear)与挤压(Bearing) 强度计算(Strength numeration)
2
剪切与挤压
一、连接件的受力特点和变形特点: 1、连接件
3
剪切与挤压
2、受力特点和变形特点:
P
截面
P
3、连接件的破坏形式: 、沿错动面被剪断; 、在接触面上被挤坏。
解::受力分析如图∶
剪切面和剪力为∶
P
b
P
AS bh FS P
挤压面和挤压力为:
AS
Abs
Abs cb Pbs P
8
剪切与挤压
:切应力和挤压应力
FS P
AS bh
40 107 0.952MPa
P
P
12 35
b
bs
Pbs Abs
P cb
AS
Abs
40 107 7.4MPa 4.5 12
2、挤压面积:接触面在垂直Pbs 方向上的投影面
3、挤压强度条件(准则):
bs
Pbs Abs
bs
6
剪切与挤压
四、应用
1、校核强度: ; bs bs
2、设计尺寸:AS
FS
;Abs
Pbs
bs
3、设计外载: FS AS ;Pbs Abs bs
7
剪切与挤压
例 1:木榫接头如图所示,a = b =12cm,h=35cm,c=4.5cm, P=40KN,试求接头的切应力和挤压应力。
9
剪切与挤压
例 2:齿轮与轴由平键(b*h*l=20*12*100)连接,它传递的扭矩 M=2KNm,轴的直径d=70mm,键的许用切应力为[]= 60M Pa , 许用挤压应力为[bs]= 100M Pa,试校核键的强度。
解::键的受力分析如图
h bL
2M 22 P 57KN
d 0.07
AS
123 P/4
P
1 23
解::受力分析如图
P FS Pbs 4
14
123 P/4
1 23
剪切与挤压
FS
Pbs
P 4
:强度条件
FS AS
P
d 2
110 3.14 1.62
107
136.8MPa
P
bs
Pbs Abs
P 4td
110 4 1 1.6
107
171.9MPa
bs
综上,接头安全。
例 3:齿轮与轴由平键(b=16mm, h=10mm,)连接,它传递的扭矩 M=1600Nm,轴的直径d=50mm,键的许用 切应力为[]= 80M Pa ,许用挤压应力为[bs] = 240M Pa,试设计键的长度。
解::键的受力分析如图
2m P FS Pbs d 21600 64kN
0.05
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