第三章剪切与挤压讲义
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第三章剪切和联结的实用计算3.1预备知识一、基本概念 1、联接件工程构件中有许多构件往往要通过联接件联接。
所谓联接是指结构或机械中用螺栓、销钉、键、铆钉和焊缝等将两个或多个部件联接而成。
这些受力构件受力很复杂,要对这类构件作精确计算是十分困难的。
2、实用计算联接件的实用计算法,是根据联接件实际破坏情况,对其受力及应力分布作出一些假设和简化,从而建名义应力公式,以此公式计算联接件各部分的名义工作应力。
另一方面,直接用同类联接件进行破坏试验,再按同样的名义应力公式,由破坏载荷确定联接件的名义极限应力,作为强度计算依据。
实践证明,用这种实用计算方法设计的联接许是安全可靠的。
3、剪切的实用计算联接件一般受到剪切作用,并伴随有挤压作用。
剪切变形是杆件的基本变形之一,它是指杆件受到一对垂直于杆轴的大小相等、方向相反、作用线相距很近的力作用后所引起的变形,如图3—1a 所示。
此时,截面cd 相对于ab 将发生错动(滑移)(图3—1b )即剪切变形。
若变形过大,杆件将在cd 面和ab 面之间的某一截面m —m 处被剪断,m —m 截面称为剪切面。
联接件被剪切的面称为剪切面。
剪切的名义切应力公式为AQ=τ,式中Q 为剪力,A 为剪切面面积,剪切强度条件为[]ττ≤=AQ4、挤压的实用计算联接件中产生挤压变形的表面称为挤压面。
名义挤压应力公式为jyjy jyA F =σ,式中F jy 为挤压力,A jy 是挤压面面积。
当挤压面为平面接触时(如平键),挤压面积等于实际承压面积;当接触面为柱面时,挤压面积为实际面积在其直径平面上投影。
挤压强度条件为[]jy jyjy jy A F σσ≤=(a)(b)二、重点与难点1、确定剪切面和挤压面、名义挤压面积的计算。
2、注意区分挤压变形和压缩变形的不同,压缩是杆件的均匀受压,挤压则是在联接件的局部接触区域的挤压现象,在挤压力过大时,会在局部接触面上产生塑性变形或压碎现象。
三、解题方法要点1、在进行联接件的强度计算时,首先要判断剪切面和挤压面,并确定剪切面积和挤压面积。
第三章剪切与挤压
§3-1基本概念
1、在轴、键、轮传动机构中,键埋入轴、轮的深度相等,三者的许用挤压应力为:[σbs1],[σbs2],[σbs3],三者之间应该有怎样的合理关系?
2、在平板与螺栓之间加一垫片,可以提高的强度。
A:螺栓拉伸;
B:螺栓挤压;
C:螺栓的剪切;
D:平板的挤压;
3、在钢板、铆钉的连接接头中,有几种可能的破坏形式?
4、“剪断钢板时,所用外力使钢板产生的应力大于材料的屈服极限。
”此说法对吗?
5、判断剪切面和挤压面时应注意:剪切面是构件两部分发生的平面;挤压面是构件表面。
6、螺钉受力如图,其剪切面面积为,挤压面的面积为。
§3-2计算
1、 P=100KN,螺栓的直径为D=30毫米,许用剪应力为[τ]=60MPa,校核螺栓
的强度。
如果强度不够,设计螺栓的直径。
2、钢板厚t=10毫米,剪切极限应力为τ0=300MPa,欲冲出直径为D=25毫米
的孔,求冲力P=?
3、在厚t=10毫米的钢板上冲出如图所示的孔,钢板的剪切极限应力为τ0=
300MPa,求冲力P=?
4、凸缘联轴器传递的力偶矩为M=200Nm,四只螺栓的直径为d=10毫米,对称地分布在D=80毫米的圆周上,螺栓的许用剪应力为[τ]=60MPa,校核螺栓强度。
5、夹剪夹住直径为d=3毫米的铅丝,铅丝的剪切极限应力为:τ0=100MPa,求
力P=?
6、冲床的最大冲力为P=400KN,冲头材料的许用应力为[σ]=440MPa,钢板的剪切极限应力为τ0=360MPa。
求在最大冲力的作用下圆孔的最小直径和钢板的最大厚度。
7、用二个铆钉将140×140×12的等边角钢铆接在墙上构成支托,P=3KN,铆钉的直径为D=21毫米。
求铆钉内的剪应力τ与挤压应力σbs。
1.8、轴的直径为d=80毫米,用键连接。
键的尺寸为:宽b=24
毫米,高h=14毫米,许用剪应力为[τ]=40MPa,许用挤压应力
为[σbs]=90MPa。
传递的扭矩为M=3.2KNm。
求键长L=?
1.9、螺栓的直径为d=30mm;圆螺帽的直径为D=42mm,高h=12mm;
力F=80KN,求剪应力与挤压应力
10、拉杆受拉力P=50KN的作用,已知拉杆的直径为D=2厘米,许用应力为
[τ]=60Pma,求拉杆头部所需的高度h=?
11、已知钢板的厚度为t,材料的剪切强度极限为τb,(1)若冲床的最大冲压力为P,求所能冲出的最大孔径;(2)若冲头的许用挤压应力为σjy,求所能冲出的最下孔径。
12、手柄与轴用平键连接,键长L=35毫米,宽度b=5毫米,高度h=5毫米(各嵌入h/2)。
键的许用剪应力为[τ]=100MPa,许用挤压应力为[σbs]=220MPa。
求力F=?
13、图示接头中的二块钢板用四个铆钉搭接而成,力F=80KN,钢板的宽度b=80毫米,厚t=10毫米,铆钉的直径d=16毫米。
钢板于铆钉的材料相同。
许用剪应力为[τ]=100MPa,许用挤压应力为[σbs]=300MPa,许用应力为[σ]=160MP a。
校核接头的强度。
14、用销钉连接的挂钩中F=20KN,t1=8毫米,t2=5毫米,铆钉的许用剪应力为[τ]=120MPa,许用挤压应力为[σbs]=320MPa。
设计铆钉的直径d=?
§3-3拓展
§3-3-1 概念
1、连接件的剪应力的实用计算是以假设为基础的。
A:剪应力在剪切面上均匀分布;
B:剪应力不超过材料的剪切比例极限;
C:剪切面为圆形或方形;
D:剪切面的面积大于挤压面的面积。
2、方形销将两块等厚度的板连接在一起,上面的板中同时存在拉应力σ、剪应力τ、挤压应力σbs,比较其数值大小可得:
A:拉应力σ最大;
B:剪应力τ最大;
C:挤压应力σbs最大;
D:σ=τ=σbs;
3、图示中接头,水平杆与斜杆的夹角为α,其挤压面的面积为:。
A:bh;
B:bhtanα
C:bh/cosα
D:bh/(sinα·cosα)
4、螺栓在拉力P的作用下,已知材料的许用剪应力是许用拉应力的0.6倍。
那么螺栓的直径d和螺栓头高度h的合理比值是:。
§3-3-2 计算
1、销钉连接如图,P=18KN,t=8毫米,t1=5毫米,若许用应力为 [τ]=60MPa,许用挤压应力为[σbs]=200MPa,确定销钉的直径。
2、铆钉接头如图,力P=100KN,钢板的宽度b=150毫米,厚t=10毫米,铆钉的直径d=16毫米。
a=80mm. 钢板与铆钉的材料相同。
许用剪应力为[τ]=120MP a,许用挤压应力为[σbs]=320MPa,许用应力为[σ]=160MPa。
校核接头的强度。
3、外经D1=50毫米,内径d1=25毫米的铜管套在直径为d2=25毫米的钢杆之外。
两端用直径为d=12毫米的销钉连接。
铜:弹性模量E1=105GPa,线胀系数α1=17×10-6;钢:弹性模量E2=210GPa,线胀系数α2=11×10-6。
系统在室温下组装,组装时杆内无应力。
求整个组合件温度升高50度时,铆钉内剪应力。