连接件强度计算---例题+答案
F pbL
(2)每个螺栓的剪力
V F pbL 22
10
(3)螺栓所受的名义切应力
V pbL / 2 2 pbL 2 2.0 0.06 0.15
A剪 d 2 / 4 d 2
3.14 0.0152
50.96( MPa )
4)单个螺栓与角钢 间的挤压力
240M Pa,试设计键的长度。
m
h
2
解:键的受力分析如图
F
FS
Fbs
2m d
2 1600 0.05
64kN
h AQ L
m F
b
d
切应力和挤压应力的强度条件
根据剪切强度条件
= FS [ ]
Lb
[L1]
FS
b
64 103 16 80
50mm
根据挤压强度条件
bs =
Fbs Lh
[bs ]
连接件的实用强度计算示例
= Q
A
c=
FC Ac
c ,Ac =t d
图示木杆接头,已知轴向力F=50kN,截面
宽度b=250mm,木材的顺纹挤压容许应力
[σbs]=10MPa,顺纹许用切应力[τ]=1MPa。 试根据剪切和挤压强度确定接头的尺寸L和a。
b F
a
LL
挤压面
F 剪切面
[L2 ]
2Fbs
h[bs ]
2 64103 10 240
53.3mm
2
综上
L maxL1,b
d
例题
9
• 外载集度 p=2MPa, 角钢厚 t=12mm, 长 L=150mm, 宽b=60mm,螺栓直径 d=15mm. 求螺栓名义切应力 和螺栓与角钢间的名义挤压应力(忽略角钢与工字 钢之间的摩擦力)
FS F
F
A Lb
L
F
b
50103 250 1
200mm
F
bs
Fbs Abs
F ba
bs
a F
b bs
50103 20mm 250 10
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]=
Q F pbL 22
11
(5)螺栓与角钢间的名义挤压应力
Q pbL / 2 pbL
A挤
td
2td
2.0 0.06 0.15 2 0.012 0.015
50( MPa )
12
螺栓连接例题
例题1.如下图所示,有一用M20C级螺栓的钢板拼接,钢材为Q235-A。
计算此拼接能承受的最大轴心力设计值N。
例题 2.图示一钢板的对接拼接,螺栓直径d=20mm,孔径d0=21.5mm,C级螺栓。
钢板截面为—16*220,拼接板为2—8*220,钢材采用Q235—AF,承受外力设计值N=535KN。
钢板抗拉强度设计值f=215N/mm2,螺栓的强度设计值为f v b=140 N/mm2和f c b=305N/mm2。
试设计此对接拼接。
例3如图所示,偏心受拉的C级普通螺栓连接,偏心拉力设计值N=300KN,e=60mm,螺栓布置如图。
(1)试确定螺栓的规格
(2)其他条件不变,若e=100mm,则螺栓的规格又如何?
例题4.有一牛腿如图所示,用粗制4.6级螺栓连接于钢柱上,牛腿下有一支托板承受剪力,螺栓采用M20,钢材为Q235BF,螺栓间距采用70mm,竖向荷载V距离柱翼缘表面200mm,设计值为100KN,轴向力N设计值为120KN。
(1)验算螺栓强度
(2)如改用5.6级精制螺栓,不考虑支托承剪,再验算螺栓强度
例题5如图所示,该连接采用为双盖板拼接的钢板连接,钢材为Q235B,高强度螺栓为8.8级的M20,连接处板件接触面采用喷砂处理,作用在螺栓群形心处的轴心拉力设计值N=180KN。
试设计此连接。
连接件强度的实用计算(1)
式以及钢板的水平位移。
设:
钢板承受剪力FS
钢板
橡胶剪切弹性模
橡胶
量为G
钢板
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18
4.2 剪切强度实用计算
例题4-3
解:橡胶层任一水平截面上的切应力的合力与作用在钢板
上的剪力 FS 平衡,有
FS
ab
由剪切胡克定律,橡胶层的切应
变为
FS
G Gab
小变形条件下,钢板的水平位移为
4.2 剪切强度实用计算
例题4-2
由法兰和四个螺栓组成的联轴器,四个螺栓均匀布置在圆 周上,试确定最大许用扭矩T0。 已知:
d=150mm
D=20mm [τ]=100MPa
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4.2 剪切强度实用计算
例题4-2
解:设螺栓横截面面积为A,由
平衡条件:
(4 FS
d 2
)
T0
2FSd
bs
Fbs Abs
--名义挤压应力
挤压强度条件
bs
Fbs Abs
bs
对于钢材等塑性材料
bs (1.7 2.0)t
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4.3 挤压强度实用计算
例题4-4
特制扳手用于扭动圆轴,轴 的直径为d。轴和扳手之间 用一键块连接,键长度为c, 横截面为b×b的正方形,键 块键入深度为b/2。现在扳 手上距轴心为L的位置施加 力P,试推导键中名义挤压 应力和平均切应力的计算公 式。
u 360 MPa
d1 50 mm
d2 51 mm
D 82 mm
试确定保险器的尺寸δ的大小。
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4.2 剪切强度实用计算
安全因数、许用应力、强度条件、连接件的强度计算--剪切,挤压
4、应用
例题4.6 已知:一个三角架,AB杆由两 根80×80×7等边角钢组成,横截面积为A1, 长度为2 m,AC杆由两根10号槽刚组成,横 截面积为A2,钢材为3号钢,容许应力 求:许可载荷? [ ] 120MPa
解:(1)、对A节点受力分析:
Fy 0
Fx 0
FNAB sin30 FP 0
ec截面,产生拉伸。
已知: l 400 mm h1 60 mm b 160 mm
h 200 mm FN, AC 60 kN π
试求挤压应力 bs 切应力
6
和拉应力
解:(1)、求 ae截面的挤压应力
计算挤压面面积:
h1 60mm 2 Abs b 160mm 11.1mm cos cos 30
安全因数、许用应力、强度条件
• 1、塑性材料何时达到失效?塑性材料极限 应力是?脆性材料失效的标志?脆性材料 的极限应力是? • 2、许用应力用公式如何表示?解释一下 • 3、拉压杆的强度条件 是什么?利用强度条 件,可以解决什么问题(三类)? • 4、应用
1、塑性材料何时达到失效?塑性材料极限应力是? 脆性材料失效的标志?脆性材料的极限应力是?
FP1
FNAB 260 130kN
2
FP min FP!, FP 2
130kN
例题4.7 起重吊钩的上端借螺母固定,若吊钩 螺栓内径 d 55 mm F 170kN 材料许用应力 160 MPa 试校核螺栓部分的强度。 解:计算螺栓内径处的面积
1、何为剪切面?何为剪力,如何求,用何表 示?名义切应力?注意剪切面的确定。 • 在外力作用下,铆钉的m-n截面将发生相对 错动,称为剪切面。
工程力学:连接部分的强度计算
2. 强度校核
剪切强度:
FS
F 4
4FS π d2
F π d2
99.5 MPa
[ ]
挤压强度:
bs
Fb
d
FS
d
125 MPa
[ bs ]
拉伸强度:
1
FN1 A1
(b
F
- d )
125 MPa [ ]
2
FN2 A2
3F
4(b - 2d )
125 MPa
F dh
2
4F
d 2
谢谢
试求:[F] = ?
解:1. 破坏形式分析
2. 许用载荷 [F]
4F π d2
[ ]
F π d 2[ ] 1.257 kN
4
bs
F
d
[ bs ]
F d[ bs ] 2.40 kN
max
F
(b - d )
[ ]
F (b - d ) [ ] 3.52 kN
结论:[F ] 1.257 kN
FQ
1 2
FP
剪切与剪切强度条件 耳片销钉,以类似方法分析
剪切与剪切强度条件
剪切面
假设:剪切面上的切应力均匀分布 FS
FS [ ] -剪切强度条件
A
[ ] -许用切应力
A
挤压与挤压强度条件
几个概念
挤压面-连接件间的相 互挤压接触面
挤压应力-挤压面上的 应力
挤压破坏-在接触区的 局部范围内,产生显 著塑性变形
耳片 销钉
挤压破坏实例
最大挤压应力
bs
Fb
d
d: 数值上等于受
压圆柱面在相应径向 平面上的投影面积
连接件的强度计算
故铆钉连接满足剪切强度要求。
图6-22
② 校核铆钉或钢板的挤压强度。 每个铆钉受到的挤压力为
FC
F 2
52 2
26 kN
挤压面积为
AC d 1610 160 m m2
C
FC AC
26 103 160
162.5 MPa C 320 MPa
故铆钉连接满足挤压强度要求。
3
所以,此连接能承受的最大荷载 F = 314 kN。
图6-24
建筑力学
建筑力学
连接件的强度计算
1.1 剪切与挤压的概念
在工程实际中,机械和结构大都由许多零件或构件连接而成。连接的形式 有铆接、焊接、键连接、销钉连接等。其中,起连接作用的构件称为连接件,如 用来连接钢板的螺栓或铆钉、用来作为连接零件的销轴、用来连接轴和轮子的键 等,如图6-19 所示。
图6-19
这些连接件的受力特点是:作用在构件两侧面上外力合力的大小相等、方向 相反、作用线平行,与轴线垂直且相距很近,如图6-20a 所示;变形特点是:介于 作用力中间部分的截面,有发生相对错动的趋势。构件的这种变形称为剪切变形; 发生相对错动的截面称为剪切面,剪切面平行于作用力的方向,如图6-20b 所示, m‒m 截面为剪切面。F Βιβλιοθήκη 2dt270F
2 25 16 106
120 106
F 120 106 270 2 25 16 106 422.4 kN
(b) 根据Ⅱ‒Ⅱ截面计算,其受力如图6-24e 所示。
FN 2 A2
6F 8
b 4d t
3F 4
270 4 25 16 106
120 106
F 120 106 270 4 2516 106 4 435.2 kN
第九章 连接件的强度计算
F n
F
F
F
F
F
2F
5
3 、剪切的实用计算
(1)剪切面上内力 剪力FS ------主要成分
Fs F t tu A d
δ=10.4mm
20
例题9-5、 一铆钉接头用四个铆钉连接两块钢板.钢板与铆钉材 料相同. 铆钉直径 d =16mm,钢板的尺寸为 b =100mm, t =10mm,F = 90kN,铆钉的许用应力是 [t] =120MPa, [sbS] =160MPa,钢板的许用拉应力 [s]=160MPa. 试校核铆钉 接头的强度.
d
F
剪切面
F
解: (1)销钉受力如图b所示 取中间段进行研究
F 2
t1
t
t1
F
F 2
16
挤压面
(2)校核剪切强度
由截面法得两个面上的剪力
剪切面
F
F FS 2
剪切面积为
d
A
d2
4
挤压面
F 2
t FS 51MPa t
A
(3)挤压强度校核
F 2
F
F F 150MPa s bs s bs Abs td
故销钉是安全的.
FS
FS
17
d 17.8mm
t
例题9-3、铆钉和板用同一种材料制成,F=15kN,试选择直径d。 t=8mm [t]=30MPa [sbs]=100MPa F/2 取铆钉中段研究 解: 1、剪切强度计算 F 剪力:FS F / 2 7.5kN F/2
第三章连接件强度的实用计算
若有n个铆钉,则每一个铆钉受力
F /n
m
m
F /n
2. 强度校核
剪切强度:
FS
=
F 4
t
=
4FS πd 2
=
F πd 2
=
99.5
MPa
< [t
]
挤压强度:
s bs
=
Fb
dd
=
FS
dd
= 125 MPa
< [s ]bs
拉伸强度:
s1 =
FN1 A1
=
F
(b - d )d
= 125 MPa < [s ]
d
F
F
2
2
挤压面
F
这两部分的挤压力相等,故应取长度
为t的中间段进行挤压强度校核.
s bs
=
F Abs
=
F td
=
150MPa
£
[s bs ]
FS
FS
故销钉是安全的.
思考题
D
(1)销钉的剪切面面积 A
h
(2)销钉的挤压面面积 AbS
d
F
D d
挤压面
h h
d
A = pdh
剪切面
F
Abs
=
p (D2 -
§3-2 剪切的实用计算
F 剪切面上的内力
F
用截面法—— Fs
实用计算中假设切应力在剪切面
F
m
(mm截面)上是均匀分布的
m
F
名义切应力计算公式:
F
m
m
FS
FS m
m
F
t = Fs
A
材料力学第2章答案
(2)若设计时取试验机的安全因数 n = 2 ,则杆 CD 的横截面面积为多少?
8
(3)若试样直径 d = 10 mm ,今欲测弹性模量 E ,则所加载荷最大不能超过多少?
解(1) σ
2-5 何谓失效?极限应力、安全因数和许用应力间有何关系?何谓强度条件?利用强度 条件可以解决哪些形式的强度问题?
答 失效(包括强度失效、刚度失效和稳定性失效)是指构件不能正常工作。 许用应力=极限应力/安全因数。 利用强度条件可以解决强度校核、截面设计和确定许用载荷等。
2-6 试指出下列概念的区别:比例极限与弹性极限;弹性变形与塑性变形;延伸率与正 应变;强度极限与极限应力;工作应力与许用应力。
α = 90° τ 90° = 0
2-5 图 示 拉 杆 沿 斜 截 面 m − m 由 两 部 分 胶 合 而 成 , 设 在 胶 合 面 上 许 用 拉 应 力 [σ ] = 100 MPa ,许用切应力[τ ] = 50 MPa 。并设胶合面的强度控制杆件的拉力。问:
(1)为使杆件承受最大拉力 F ,角α 的值应为多少? (2)若杆件横截面面积为 4 cm2,并规定α ≤ 60° ,确定许用载荷[F ] 。
∑ Fx = 0 , FCx = 0
图(c)
∑ M D = 0 , FC'y = 0
图(b)
∑ M B = 0 , FN1 = 10 kN (拉)
∑ Fy = 0 , FN2 = 20 kN (拉)
6
σ1
=
FN1 A1
=
4FN1 πd12
=
4 ×10 ×103 π ×102 ×10−6
= 127 MPa
3.1连接件的强度计算
连接件的强度计算连接件的工程实例(a)螺栓连接(b)铆钉连接(c)销轴连接(d)键块连接(e)焊接连接(f)榫连接剪切受力特点:作用在构件两侧面上的外力合力大小相等、方向相反且作用线距离很近。
剪切变形特点:位于两力之间且与外力作用线平行的n-n 截面发生相对错动。
剪切的实用计算铆钉连接n n(合力) (合力) FFnn (合力)(合力) FF 1)剪力--F s :作用于剪切面上的内力剪切面--n-n : 发生剪切变形的截面2)名义切应力--τ:假设切应力在剪切面上是均匀分布的,得实用切应力计算公式:3) 切应力的强度条件塑性材料: 脆性材料: F s =F[]sF Aττ=≤s F Aτ=许用切应力,常由实验方法确定 []u=nττ[][](0.50.7τσ=)[][](0.8 1.0τσ=)剪切面面积--A : 发生剪切变形的截面的面积挤压的实用计算有缘学习更多驾卫星ygd3076或关注桃报:奉献教育(店铺)挤压:连接件和被连接件接触面上相互挤压的现象。
1)挤压力-Fbs :作用在接触面上的压力挤压面:连接件和被连接件相互挤压的接触面*注意挤压面面积A bs 的计算(1)接触面为平面A bs —实际接触面面积(2)接触面为圆柱面A bs —挤压面(半圆弧面)的投影面面积δ挤压面面积 bs A d δ=2)挤压应力--σbs :挤压面各点处单位面积上的挤压力3)挤压强度条件: bsbs bsF A σ=[]bsbs bs bsF A σσ=≤许用挤压应力,常由实验方法确定bs σ塑性材料: [][]bs (1.5 2.5)σσ=脆性材料: [][]bs (0.9 1.5)σσ=许用挤压应力,常由实验方法确定[]u,bsbs =nσσ例 1 图示齿轮用平键与轴连接,已知轴传递的扭转力偶矩 M e =2kN·m ,轴的直径 d =70mm ,键的尺寸为 , 键的许用应力[τ]=60MPa ,[σbs ]= 100MPa 。
连接件的强度计算
二、 挤压实用计算
连接件与被连接件在互相传递力时,接触表面是 相互压紧的,接触表面上的总压紧力称为挤压力,
相应的应力称为挤压应力( bs )。
假定挤压应力在计算挤压面上均匀分布,表示为:
bs
Fbs Abs
上式计算得到的名义挤压应力与接触中点处的
最大理论挤压应力值相近。
按名义挤压应力公式得到材料的极限挤压应力 。
Abs
h1
cos
b
60mm cos 30
160mm
11.1mm2
(2)、求ed截面的切应力:
FQ A
FN,AC cos
A
60103 N cos30 64103 mm2
0.812MPa
(3)、计算下弦杆截面削弱处 ec 截面的拉应力
FN, AB Aec
60103 Ncos30 (200 60)160mm2
(2)、剪断钢板的冲剪力
FQ A
F A
u
F u A u πd
400MPa π 18mm5mm
113103 N 113kN
例6 为使压力机在超过最大压力 F 160 kN
作用时,重要机件不发生破坏,在压力机冲头内
装有保险器(压塌块)。设极限切应力
u 360MPa ,已知保险器(压塌块)中的尺寸
d1 50 mm d2 51 mm D 82 mm
试求保险器(压塌块)中的尺寸 值。
解:为了保障压力机安全运行,应使保险器达 到最大冲压力时即破坏。
F
πd1
u
F 160103 N 2.83mm πd1u π 50mm360MPa
利用保险器被剪 断,以保障主机 安全运行的安全 装置,在压力容 器、电力输送及 生活中的高压锅 等均可以见到。
