第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系8.5 连接件的实用计算法工程中构件或零件彼此连接时，起连接作用的部件称为工程中构件或零件彼此连接时，起连接作用的部件称为连接件连接件。常用铆钉常用铆钉、螺栓、销钉、键等螺栓、销钉、键等作为连接件。作为连接件。第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系连接件的受力特点：接件的受力特点： 力在一条力在一条轴线上上传递中有所偏离（与拉中有所偏离（与拉压情况不同）情况不同） 问题：1. 力力传递的偏离引起什么新的力学的偏离引起什么新的力学现象？象？ 2. 如何如何计算算连接件、被接件、被连接构件的接构件的强强度？度？ 第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系螺栓连接螺栓连接铆钉连接铆钉连接销轴连接销轴连接第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系平键连接平键连接榫齿连接榫齿连接焊接连接焊接连接第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系联轴节联轴节第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系销销第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系螺栓螺栓第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系螺栓螺栓第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系螺栓螺栓第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系铆钉铆钉第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系铆钉铆钉第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系平键平键键键m轴轴齿轮齿轮第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系PP第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系焊接焊接 第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系连接件和被连接件可能存在三种形式的破坏：连接件和被连接件可能存在三种形式的破坏：1) 铆钉沿铆钉沿剪切面剪切面n-n被剪断，称为被剪断，称为剪切破坏剪切破坏；2) 铆钉和钢板的接触面（铆钉和钢板的接触面（挤压面挤压面）发生）发生挤压破坏挤压破坏；3) 沿钢板的铆钉孔截面，因强度不足被沿钢板的铆钉孔截面，因强度不足被拉断拉断。nnPP剪断剪断挤压破坏挤压破坏拉断拉断第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系基于螺栓的受力分析，容易预测出螺栓可能的失效形式基于螺栓的受力分析，容易预测出螺栓可能的失效形式 （1）在截面）在截面mn处被剪断处被剪断 （2）受挤压部分的半圆被）受挤压部分的半圆被“挤扁挤扁” （近似半椭圆）（近似半椭圆）mn第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系剪切剪切变形的受力特点：形的受力特点：一、一、剪切的实用计算剪切的实用计算构件受等值、反向、作用线距离构件受等值、反向、作用线距离很近很近的二平行力的作用。的二平行力的作用。 F FF F剪切面剪切面变形特征：变形特征：杆件沿两力之间的截面发生错动，甚至破坏。杆件沿两力之间的截面发生错动，甚至破坏。剪切面剪切面：发生错动的面。发生错动的面。单剪切单剪切：有一个剪切面的杆件，如铆钉。有一个剪切面的杆件，如铆钉。第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系一个剪切面一个剪切面单剪切单剪切第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系单剪切单剪切双剪切双剪切:有两个剪切面有两个剪切面 第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系FFFmmFSFmmx以铆钉为例：外力以铆钉为例：外力 内力内力 应力应力强度计算强度计算剪力剪力FS： 剪切面上的内力。剪切面上的内力。 FFmm第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系FmmFFSmmx切应力切应力：假设：假设： A A：剪切面的面积。：剪切面的面积。 剪切强度条件：剪切强度条件： 剪切面上的应力。剪切面上的应力。在剪切面上均匀分布其方向在剪切面上均匀分布其方向与与F Fs s 相同。相同。 故故是名义剪应力是名义剪应力第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系 ：许用切应力；由实验得。可查有关手册。：许用切应力；由实验得。可查有关手册。 注意：注意：1.剪切强度条件：剪切强度条件：适用于其它剪切构件适用于其它剪切构件;2.剪切强度条件：剪切强度条件：可解决三类强度问题：可解决三类强度问题：1）校核：）校核： 2）设计截面尺寸：）设计截面尺寸：3）确定许可载荷）确定许可载荷 ：第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系二、二、挤压的的实用用计算算挤压面：挤压面：连接件和被连接件相互压紧连接件和被连接件相互压紧的的接触面接触面。 挤压破坏：挤压破坏：在在挤压面挤压面产生过大的塑性变产生过大的塑性变形（导致连接松动）、压溃形（导致连接松动）、压溃或连接件（如铆钉）被压扁。或连接件（如铆钉）被压扁。如图为铆钉上的挤压面。如图为铆钉上的挤压面。 FFFbsFbsFF第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系FFFF挤压力挤压力Fbs：挤压面上的压力。挤压面上的压力。 挤压应力挤压应力 bs：假设：假设： bsbs在挤压面上均匀分布。在挤压面上均匀分布。 挤压面上的正应力。挤压面上的正应力。 bearing surface 直径直径 d bs第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系挤压强度条件：度条件：其中其中bsbs ：许用挤压应力；：许用挤压应力；注意：注意： 1) 上式可解决三类强度问题；上式可解决三类强度问题； Abs ：挤压面的：挤压面的计算面积计算面积。2）连接件与被连接件的材料不同时，应对挤压强度）连接件与被连接件的材料不同时，应对挤压强度较低的材料进行挤压计算，即选用较小的许用挤较低的材料进行挤压计算，即选用较小的许用挤压应力。压应力。第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系3) 当挤压面为平面时，当挤压面为平面时，Abs为挤压面的实际面积；为挤压面的实际面积； h：平键高度平键高度l ：平键长度平键长度如平键：如平键：FbhlF4) 当挤压面为半圆柱面时，当挤压面为半圆柱面时，Abs为挤压面的为挤压面的径向投影面积径向投影面积。如铆钉：如铆钉：第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系FFFbsFbs挤压面挤压面径向投影面径向投影面直径直径直径d bsFbsFbs上图的挤压面积为：上图的挤压面积为：当挤压面为半圆柱面时：当挤压面为半圆柱面时：Abs为挤压面的为挤压面的径向投影面积径向投影面积。如铆钉：如铆钉：第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系挤压强度条件：挤压强度条件：切应力强度条件：切应力强度条件：脆性材料：脆性材料：塑性材塑性材料：料：小结：连接件的强度计算小结：连接件的强度计算第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系为充分利用材料，切应力和挤压应力应满足为充分利用材料，切应力和挤压应力应满足第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系 图示接示接头，受，受轴向力向力F F 作用。已知作用。已知 F=50kN，b=150mm，=10mm，d=17mm，a=80mm，=160MPa，=120MPa，bs=320MPa，铆钉和板的材料相同，和板的材料相同，试校核其校核其强强度。度。 2.2.板的剪切板的剪切强强度度解：解：1.1.板的拉伸板的拉伸强强度度例例题 第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系3.3.铆钉的剪切的剪切强强度度 4.4.板和板和铆钉的的挤压强强度度 结论：强度足够。结论：强度足够。第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系dDhF销钉的剪切面面积销钉的剪切面面积 A=？销钉的挤压面面积销钉的挤压面面积 Abs=？思考题思考题 求求:第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系dDhF销钉的剪切面面积销钉的剪切面面积 A=？剪切面剪切面hd第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系dDhF挤压面挤压面销钉的挤压面面积销钉的挤压面面积 Abs=？挤压面挤压面第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系一、一、简单铆钉连接接1搭接搭接一个一个一个一个剪切面剪切面单单剪剪剪剪8-6 8-6 铆钉连接的计算铆钉连接的计算铆钉连接：搭接、接：搭接、对接接剪剪剪剪 力力力力：FS = F2挤压挤压力力力力：Fbs = F轴轴 力力力力：FN = F铆钉连接：接：单钉、钉群群第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系2 2对接（平接）对接（平接）主板主板盖板盖板二个二个二个二个剪切面剪切面假设：假设：假设：假设： 二个剪切面上二个剪切面上剪力相等剪力相等剪力相等剪力相等； 每一个剪切面上的每一个剪切面上的切应力均匀分布切应力均匀分布切应力均匀分布切应力均匀分布。双剪双剪双剪双剪第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系剪剪剪剪 力力力力：FS = F2挤压挤压力力力力：Fbs = F轴轴 力力力力：FN = F通常，通常，d 2d1 挤压挤压强强强强度度度度计计算算算算考考虑铆钉铆钉中段与主板孔壁中段与主板孔壁中段与主板孔壁中段与主板孔壁间间的相互的相互挤压； 拉伸拉伸拉伸拉伸强强强强度度度度计计算算算算只需考只需考虑主板主板主板主板。SSSS第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系二、铆钉群二、铆钉群 各各铆钉的的t 相等相等剪切剪切剪切剪切强强强强度度度度计计算算算算可取可取任一任一任一任一铆钉铆钉 各各铆钉或板孔上的或板孔上的sbs 相等相等挤压强强度度计算算可取可取任一任一铆钉或或孔壁孔壁 板的板的st 要要选危危危危险险截面截面截面截面计算，要算，要综合考合考虑截面面截面面积、轴力力的大小。的大小。1外力外力过铆钉群中心群中心假假假假设设：外力外力均匀分配均匀分配均匀分配均匀分配 在每个在每个铆钉上上第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系 例：例：铆接接接接头，已知，已知F=130 kN，b=110 mm， d =10 mm， d 1=7 mm，d=17 mm，许用用应力力为 t =120 MPa， t =160MPa， bs =300 MPa，试校核校核铆接接接接头的的强强度。度。第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系搭接搭接 双剪双剪钉群群 3个个铆钉(外力外力过铆钉群中心群中心)铆钉剪切强度条件满足铆钉剪切强度条件满足d d 2d d1校核校核校核校核铆钉剪切强度铆钉剪切强度铆钉剪切强度铆钉剪切强度校核校核主板主板主板主板的的挤压强度挤压强度第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系主板主板挤压强度条件满足挤压强度条件满足校核主板校核主板挤压强度挤压强度校核主板校核主板校核主板校核主板拉伸强度拉伸强度拉伸强度拉伸强度1 11 12 22 2可能的危可能的危险截面：截面：1-1截面、截面、2-2截面截面主板的荷主板的荷载图？内力内力图？第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系1 11 12 22 2主板拉伸强度条件满足主板拉伸强度条件满足该铆接接头安全该铆接接头安全第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系2 2外力不过铆钉群中心外力不过铆钉群中心外力向外力向铆钉群中心铆钉群中心铆钉群中心铆钉群中心简化简化O OO OFMM过过铆钉群中心铆钉群中心铆钉群中心铆钉群中心的的外力外力外力外力 力偶力偶力偶力偶等分等分等分等分到每个铆钉上到每个铆钉上如何分配如何分配？第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系O OMMO OF FA AF FC CF FB B假设假设第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系O OFO OF FA AF FC CF FB B名义切应力名义切应力名义切应力名义切应力FM名义挤压应力名义挤压应力名义挤压应力名义挤压应力MMF F / / 3 3F F / / 3 3F F / / 3 3矢量合成矢量合成矢量合成矢量合成第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系 例：直径例：直径 D100 mm 的的轴 ,由两段由两段联接而成；接而成；联接接处加凸加凸缘，并在，并在D0200 mm 的的圆周上布置周上布置 8个螺栓个螺栓紧固，已固，已知知轴在扭在扭转时的最大切的最大切应力力为70 MPa，螺栓的容，螺栓的容许切切应力力t 60 MPa，试求螺栓所需的直径。求螺栓所需的直径。第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系T TF FF FF FF FF FF FF FF F螺栓群问题螺栓群问题单剪单剪第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系dObh/2h/2其他联接件的计算其他联接件的计算一、键的计算一、键的计算键键连接接轮轮和和轴轴轴轴轮轮键键剪切面：剪切面：mmTlmmmm挤压面：面：mn ( mp )n np p键有两种可能的破坏形式：有两种可能的破坏形式： 剪切破坏剪切破坏剪切破坏剪切破坏、挤压挤压破坏破坏破坏破坏轴轴第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系1 1剪切剪切剪切剪切强强强强度度度度计计算算算算dObh/2T轴轴mmmmF FS S 为键的的许用切用切应力力键的剪切的剪切强强度条件：度条件：第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系2 2 2 2挤压挤压强强强强度度度度计计算算算算 bs 为键的的许用用挤压应力力键的的挤压强强度条件：度条件：dObh/2h/2Tn n轴轴mmF Fbsbs第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系二、榫接二、榫接计算算剪切面：剪切面：mm挤压面：面：mn 榫接有三种可能榫接有三种可能的破坏形式：剪切破坏、的破坏形式：剪切破坏、挤压破坏、拉断破坏。破坏、拉断破坏。mmmmn nmmmmF FS S1 1剪切剪切剪切剪切强强强强度度度度计计算算算算 为材料的材料的许用切用切应力力榫接榫接头的剪切的剪切强强度条件：度条件：第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系mmmmn n2 2 2 2挤压强度计算挤压强度计算挤压强度计算挤压强度计算 bs 为材料的许用挤压应力为材料的许用挤压应力挤压强度条件：挤压强度条件：F Fbsbs3 3 3 3拉伸强度计算拉伸强度计算拉伸强度计算拉伸强度计算n nmmF FN N拉伸强度条件：拉伸强度条件： t 为材料的许用拉应力为材料的许用拉应力第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系三、梁的连接计算三、梁的连接计算由几部分拼接而成的梁由几部分拼接而成的梁 拼合梁拼合梁拼合梁拼合梁钉钉钉钉子子子子螺栓螺栓螺栓螺栓胶层胶层胶层胶层 拼合梁除整体要满足梁的强度要求外，对钉子、螺拼合梁除整体要满足梁的强度要求外，对钉子、螺栓、胶层也有强度要求，以保证梁的整体性。栓、胶层也有强度要求，以保证梁的整体性。拼合梁的计算与梁的拼合梁的计算与梁的剪力剪力剪力剪力和和切应力切应力切应力切应力有密切关系有密切关系 钉子、螺栓连接的梁：常对钉子或螺栓的数量、钉子、螺栓连接的梁：常对钉子或螺栓的数量、间距或直径进行计算，使其有足够的抗剪能力；间距或直径进行计算，使其有足够的抗剪能力； 胶层连接的梁：对胶层进行抗剪强度计算。胶层连接的梁：对胶层进行抗剪强度计算。第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系例：判断挤压面、剪切面，计算名义挤压应力、名义例：判断挤压面、剪切面，计算名义挤压应力、名义切应力。切应力。第一章第一章 绪论绪论 Theorem of Momentum Moment材料力学昆明理工大学工程力学系昆明理工大学工程力学系挤压挤压面：面：面：面： 边长为b的正方形，位于的正方形，位于水平面内。水平面内。剪切面：剪切面：剪切面：剪切面： 由由长为b、高、高为t 的四的四个矩形个矩形铅垂面垂面组成。成。名名名名义挤压应义挤压应力：力：力：力：名名名名义义切切切切应应力：力：力：力：昆昆昆昆明明明明理理理理工工工工大大大大学学学学工工工工程程程程力力力力学学学学系系系系本章完连接件的计算法孙版连接件的计算法孙版