第十章 连接部位的强度计算
结构连接强度计算公式
结构连接强度计算公式在工程结构设计中，连接强度是一个非常重要的参数。
连接强度的大小直接影响着整个结构的安全性和稳定性。
因此，准确计算结构连接强度是非常重要的。
在本文中，我们将介绍结构连接强度的计算公式，并对其进行详细解析。
结构连接强度的计算公式通常由材料的强度和连接方式的特点决定。
一般来说，结构连接强度的计算公式可以分为以下几种类型，焊接连接、螺栓连接和胶合连接。
下面我们分别来介绍这几种连接方式的计算公式。
焊接连接的计算公式通常包括焊接接头的计算和焊缝的计算两部分。
焊接接头的计算公式一般为，P = σw × A，其中P为焊接接头的承载能力，σw为焊缝的抗拉强度，A为焊缝的有效截面积。
焊缝的计算公式一般为，σw = 0.7 ×σw0，其中σw0为焊材的抗拉强度。
通过这两个公式可以计算出焊接接头的承载能力。
螺栓连接的计算公式通常包括螺栓的拉伸计算和剪切计算两部分。
螺栓的拉伸计算公式一般为，P = σb × A，其中P为螺栓的承载能力，σb为螺栓的抗拉强度，A为螺栓的有效截面积。
螺栓的剪切计算公式一般为，P = τ× A，其中P为螺栓的承载能力，τ为螺栓的抗剪强度，A为螺栓的有效截面积。
通过这两个公式可以计算出螺栓的承载能力。
胶合连接的计算公式通常为，P = τ× A，其中P为胶合接头的承载能力，τ为胶合材料的剪切强度，A为胶合接头的有效截面积。
通过这个公式可以计算出胶合接头的承载能力。
除了以上介绍的几种连接方式外，还有一些特殊的连接方式，其计算公式也各有特点。
在实际工程中，我们需要根据具体的连接方式和材料的特性来选择合适的计算公式，并进行准确的计算。
在进行结构连接强度计算时，我们还需要考虑一些特殊因素，如温度、湿度、腐蚀等。
这些因素都会对连接强度产生影响，因此在计算时需要进行合理的考虑和修正。
总之，结构连接强度的计算公式是工程设计中非常重要的一部分。
材料力学-连接部分的强度计算
d=17 mm,容许应力为
[ ]=120 MPa, [t ]=160 MPa, [bs ]=300 MPa,
试校核铆接接头的强度。
P218 例 10-1
2 1
1 2
2．外力不过铆钉群中心
外力向 铆钉群中心
O
简化
F
M
O
过铆钉群中心的外力 ＋ 力偶
等分到每个铆钉上
如何分配？
拉伸强度计算只需考虑主板。
二、铆钉群接头
1．外力过铆钉群中心 假设：外力均匀分配
在每个铆钉上。
各铆钉的 相等
剪切强度计算可取任一铆钉
各铆钉或板孔上的 bs相等
挤压强度计算可取任一铆钉或孔壁
板的 t 要选危险截面计算，要综合考虑截面面积、轴力
的大小。
例：铆接接头,已知
F=130 kN,b=110 mm,
工程中大多采用“实用计算方法”：
①对连接件的受力和应力分布进行简化，计 算名义应力；
②对同类连接件进行破坏实验，并采用同样 的计算方法，由破坏荷载确定材料的极限应力。
铆接 铆钉
F
m
m
在力的作用下，铆钉
F 上、下部分将沿 m－m 截
面发生相对错动。
剪切变形
m－m 截面 —— 剪切面
§10-2 铆接强度计算
连接部分的强度计算
◆ 概述 ◆ 铆接强度计算 ◆ 其他连接件和连接的强度计算
§10-1 概 述
工程中的杆件或构件由几部分连接而成 在连接部位，起连接作用的部件
连接件
铆钉
螺栓
销钉
榫
键
焊接 杆件安全 →→ 杆件整体安全
联接件本身安全
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
第十章 螺纹联接
螺栓的当量应力
e2 3 22 3 (0 .5 )2 1 .3
螺栓的强度条件为：
e 41d.132F []
2019/12/30
d1
41.3F
[]
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为了减小螺栓上的载荷，可以采用套、键、销 等各种抗剪件来承受横向载荷。
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二、螺纹连接的防松 防松实质：防止螺纹副间的相对转动。 防松方法按其工作原理可分为：
摩擦防松 机械防松 永久性防松
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1）摩擦防松
① 双螺母
教学演示
结构简单、使用方便、结构大、可靠性不高， 适用于平稳、低速重载的连接。
2019/12/30ຫໍສະໝຸດ ② 弹簧垫圈教学演示
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拧紧螺母时的力矩和预紧力
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拧紧螺母时，所施加的扳手力矩T ，用来克服螺纹副间的阻力矩T1和 螺母与支承面上的摩擦力矩T2，即
TT1T2
对于常用的粗牙三角螺纹，有如下 近似关系
T0.2Fd 装配时控制预紧力的方法。
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2）提高疲劳强度的措施
1. 减小应力幅
max
4F0
d12
min
4F '
d
2 1
a 1 2(m ax m)i n 1 2(4 F 0d 1 2 4 F ') C b C b C m 2 d F 1 2
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为了减少螺栓刚度，可适当增大螺栓的长度 、减少螺栓杆的直径、做成空心杆或在螺母 下面安装弹性元件等措施。
各类焊缝连接的强度计算_图文.
钢式中结构 , 一—缝计算长度一焊板施焊时 , 轴心拉力或轴心压力 , 当未采用引弧取实际长度减去 , 介 , —头为腹板厚度对接焊缝的抗拉介—值计。
·连接件的较小厚度、对形接晓嚼愁洛图斜角角焊缝截面。
抗压强度设角焊缝简化而得· “ 因此 , 对斜角角焊缝不论。
有效截面应力情况如何都按承受剪力考虑仁日口一的斜角角焊缝有效厚度为。
二, “ 带司图一卜。
一的斜角角焊缝的有效厚度按理 , 也应等于多时 , 但考虑到这种锐角焊缝 , 的焊根处往往不易施焊 , , 尤其是小于。
较根图与轴心力垂直的对接焊缝其熔深往往难于满足要求 , 此外 , , 当对接直焊缝不能满足强度要求时可据试验焊缝有效截面的抗剪强度比焊件主体金属高强度却较低金属之间 , , 采用斜对接焊缝“ , 当斜焊缝倾角毛但焊缝熔合边的抗剪即簇 ·时 , 任何情况下都可认一·其值介于焊缝熔敷金属与主体倍。
一般取为焊缝熔敷金属抗剪强度若将锐角角焊缝的有效厚因熔合边长度与有效厚度。
仁曰。
的度取为相差不大因此 , , , 应补充验算熔合边的抗剪强度。
柑叫之二二二【二二二二二二斗一付将的斜角角焊缝的有效厚度。
图斜对接焊缝。
不论夹角大小均取为以使有效厚度值适当留有余量。
为与母材等强满足要求时 , , 不用计算 , 但由于斜对接焊 , 缝消耗材料较多施工不便。
若抗拉强度不角愈小。
, 可采用二级焊缝或将接头位置留的余量愈多影响 , 。
这样可避免熔深不够的不利移至内力较小处解决三、也避免了熔合边的补充验算四、斜角角焊缝的计算“ 不焊透的对接焊缝两焊脚的夹角不是的角焊缝称为斜。
不焊透的对接焊缝主要用于外部需要平角角焊缝仓斜壁板缝相同 , , 图 , 这种焊缝往往出现在料整的箱形柱 , 图和 , 形连接。
图管形构件等连接中以及其它不需要焊透之处。
箱形柱的斜角角焊缝的计算方法与前述直角角焊只是不考虑与作用力垂直或倾斜的 , 纵向焊缝通常只承受剪力时 , 采用对接焊缝不必焊透全厚度形连接 , 但在与横梁刚性连接。
材料力学 第十章连接强度计算
bs
F h l n m F n l m δ
b
Fbs = Abs
q
F
Abs =hb ——挤压面面积 挤压面面积 挤压强度条件: 挤压强度条件: σ
bs
Fbs = ≤ [σ Abs
bs
]
3,拉伸强度计算 ,
FN = F, Mz = F(h+δ)/4 F 名义拉应力: 名义拉应力:
σ
t
b h l n m n l m δ
bs
]
二,榫接强度计算
1,剪切强度计算 ,
由平衡 FS = F 名义切应力: 名义切应力: F h n l m δ b F
l
FS τ = AS
AS=bl ——剪切面面积 剪切面面积 剪切强度条件: 剪切强度条件 n m F q F
FS τ = ≤ [τ AS
]
2,挤压强度计算 ,
由平衡 Fbs = F 名义挤压应力: 名义挤压应力:
T =
8
∑
D
i =1
F i ri
T F = 4D0
D0 其中r 其中 i = D0 / 2, 故Fi 均相等. T = 8 F , 均相等. 2
D0
又由轴的最大切应力可得: 又由轴的最大切应力可得:
T = τ max W P = τ max
π D3
16
∴
FS = F =
τ m ax π D 3
4 D 0 16
(一)外力通过铆钉群中心 1,搭接接头 ,
F F
δ
b
F
d
δ
F
2,对接接头 ,
F
δ 1 δ1
F
δ
b
F
d
F
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
机械设计基础螺纹连接的强度计算
即
1.3F0
d12
[ ]
4
设计公式为
d1
4 1.3F0
[ ]
（2）受横向外载荷的紧螺栓联接
载荷与螺栓轴向垂直，靠被
联接件间的摩擦力传递。螺栓
内部危险截面上既有轴向预紧
力F0形成的拉应力σ，又有因螺 栓与螺纹牙面间的摩擦力矩T1
而形成的扭转剪应力τ。
螺栓预紧力
F0
Kf f
FR m
防偏载措施：
复习思考题
1．在常用的螺旋传动中，传动效率最高的螺纹是 ( )。
A .三角形螺纹 B. 梯形螺纹 C .锯齿形螺纹 D . 矩形螺纹
2．当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且 联接不需要经常拆卸时，往往采用( )。
A 螺栓联接 B 螺钉联接 C 双头螺柱联接 D 紧 定螺钉联接
3.两被联接件之一较厚，盲孔且经常拆卸时，常用（）。 A.螺栓联接 B.双头螺柱联接 C.螺钉联接
A.螺纹上的应力集中 B.螺栓杆横截面上的扭转应力 C.载荷沿螺纹圈分布的不均匀性 D.螺纹毛刺的部分挤压
13.螺纹连接的基本形式有哪几种？各适用于何种场合？有 何特点？ 14.为什么螺纹连接通常要采用防松设施？常用的防松方法 和装置有哪些？ 15.常见的螺栓失效形式有哪几种？失效发生的部位通常在 何处？
（二）受剪切螺栓联接
螺栓受载前后不需预紧， 横向载荷靠源自栓杆与螺栓 孔壁之间的相互挤压传递。
➢挤压强度条件
p
FR
ds
[ p ]
➢剪切强度条件
FR
m ds2
/4
[]
四、螺栓组联接的结构设计和受力分析
工程中螺栓成组使用，单个使用极少。因此，必须研 究栓组设计和受力分析，它是单个螺栓计算基础和前提 条件。
螺栓连接的强度计算
铰制孔螺栓能承受较大的横向载荷，但被加工件孔壁加工 精度较高，成本较高
2、轴向载荷紧螺栓联接强度计算 ①工作特点：工作前拧紧，有QP；工作后加上工作载荷F 工作前、工作中载荷变化 ②工作原理：靠螺杆抗拉强度传递外载F ③解决问题： a) 保证安全可靠的工作，QP=？ b) 工作时螺栓总载荷， Q=？
b b p p
⑤ 作图，为了更明确以简化计算（受力变形图） 设：材料变形在弹性极限内，力与变形成正比 单个紧螺栓联接受力变形图 左图——拧紧螺母时,螺 栓与被联接件的力与变形
右图——将上两图合并，并 施加工作载荷F 从图线可看出，螺栓受工作 载荷F时，螺栓总载荷：
Q F Q F Q P P
§6—3 螺纹联接和预紧和防松
一、预紧
螺纹联接：松联接——在装配时不拧紧，只存受外载时才受 到力的作用 紧联接——在装配时需拧紧，即在承载时，已预先受 力，预紧力QP 预紧目的——保持正常工作。如汽缸螺栓联接，有紧密性要 求，防漏气，接触面积要大，靠摩擦力工作，增 大刚性等。 增大刚性——增加联接刚度、紧密性和提高防松能力 预紧力QP——预先轴向作用力（拉力） 预紧过紧 —— 拧紧力QP过大，螺杆静载荷增大、降低本身强 度 过松——拧紧力QP过小，工作不可靠
0 即 Q F 1 K P p c ５）为联接紧密、不漏气，要求 Q
Q QP F 6）计算时可根据已知条件选择其一进行计算
a）轴向静力紧螺栓联接强度计算 强度条件 验算公式： 设计公式： 分析：当工作载荷，由0→F 螺栓总载，由Qp→Q →QP
ca
2、铰制孔螺栓联接——防滑动
特点：螺杆与孔间紧密配合，无间 隙，由光杆直接承受挤压和 ， 剪切来传递外载荷 R进行工作
焊接接头的强度计算
弯矩垂直于板面的丁字头计算
① 如开坡口并焊接，其强度 按对接接头计算，强度计算 公式为： 6M 2 [ ' ] l ② 当接头不开坡口，用角焊 缝连接，强度计算公式为：
M [ ' ] W l[( 1.4 K ) 3 3 ] （其中W= ） 6( 1.4 K )
电弧焊接接头的静载强度计算
M 1 6M 1 而内弯： 1 2 [ l' ] W1 l
2 垂直弯： 2 M 2 6M 2 [ l' ]
W2
l
∴ 综合作用：
合 2 3 2 ( 1 2 3 ) 2 3 2 [ ' ]
受弯矩的搭接接头计算
2.受弯矩的搭接接头计 算方法有三种： ① 分段计算法：
M h2 0.7 K [l (h K ) ] 6
② 轴惯性矩计算法 最大切应力： M max y max [ ' ] IX
受弯矩的搭接接头计算
③ 极惯性计算法 最大切应力： M max rmax [ ' ] Ip
[注]：对于未焊透的对接接头，上述各式中应将 中 ' [ ]分别 [ a ] 减去未焊透深度，l取实际焊缝长度， 、 [ l' ]、 是焊缝许用拉、压、切应力。
搭接接头的静载强度计算
1.受拉、压的塔接接头 ① 单面焊、正面或侧面塔接 焊缝的强度公式：
P P [ ' ] l 0.7 Kl ② 单面焊的正面、侧面联合 塔接焊缝的强度公式： P P [ ' ] l 0.7 K l
受扭矩的接头强度计算
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。
连接部分的强度计算
F
t
d
F
tF F
b
(a)
F
F
11
F
F
22
a
(b)
工程力学
σbs max≈Fbs/dt
五、小结——接头处的强度计算
1、剪切的强度计算： Fs
As
2、挤压的强度计算： bs
3、轴向拉伸的强度计算：
Fbs
Abs
FN
bs
A
例：图a所示连接件中，已知F=200kN,t=20mm,销钉的许用切 应力［τ］=80MPa，［σbs］=200MPa（暂不考虑板的强度）， 求所需销钉的最小直径。
F
(a)
F
F 12
F/2 F/2 t tt
F
Fs
Fs
12
(b)
。
解： 销钉受力情况如图b所示，可求得剪力
FS
F 2
先按剪切强度设计：
FS
A
2F
d2
d 2F 2 200 103 31.6mm
[ ]
80
再用挤压强度条件设计，挤压力为F， Abs td
bs
Fbs Abs
bs
42
156MPa [bs ]
F
t
d
tF
F
F
11
F
F
F
F
22
b
a
(a)
(b)
因拉板与铆钉的材料相同，故其挤压强度计算与铆钉相同。
3.拉板被削弱截面的拉伸强度计算 拉板削弱处的截面面积为A=t(b-d)
F 1.25 103 56.8MPa [ ]
A 2(15 4)
因此，本例接头是安全的。
工程力学
联接螺栓强度计算方法
联接螺栓的强度计算方法一．连接螺栓的选用及预紧力：1、已知条件：螺栓的 s＝730MPa 螺栓的拧紧力矩T=49N.m2、拧紧力矩：为了增强螺纹连接的刚性、防松能力及防止受载螺栓的滑动，装配时需要预紧。
其拧紧扳手力矩T用于克服螺纹副的阻力矩T1及螺母与被连接件支撑面间的摩擦力矩T2。
装配时可用力矩扳手法控制力矩。
公式：T=T1+T2=K*F* d拧紧扳手力矩T=49N.m其中K为拧紧力矩系数，F为预紧力N d为螺纹公称直径mm其中K为拧紧力矩系数，F为预紧力N d为螺纹公称直径mm取K＝0.28，则预紧力F＝T/0.28*10*10-3＝17500N3、承受预紧力螺栓的强度计算：螺栓公称应力截面面积As（mm）=58mm2外螺纹小径d1=8.38mm外螺纹中径d2=9.03mm计算直径d3＝8.16mm螺纹原始三角形高度h=1.29mm 螺纹原始三角形根部厚度b=1.12mm紧螺栓连接装配时，螺母需要拧紧，在拧紧力矩的作用下，螺栓除受预紧力F0的拉伸而产生拉伸应力外，还受螺纹摩擦力矩T1的扭转而产生扭切应力，使螺栓处于拉伸和扭转的复合应力状态下。
螺栓的最大拉伸应力σ1(MPa)。
1sF A σ==17500N/58*10-6m 2=302MPa 剪切应力：=0.51σ=151 MPa根据第四强度理论，螺栓在预紧状态下的计算应力: =1.3*302=392.6 MPa 强度条件：=392.6≤730*0.8=584预紧力的确定原则：拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限s σ的80%。
4、 倾覆力矩倾覆力矩 M 作用在连接接合面的一个对称面内，底板在承受倾覆力矩之前，螺栓已拧紧并承受预紧力F 0。
作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩M 平衡。
()2031tan 216v Td F T W dϕρτπ+== 1.31ca σσ≈[]0211.34F ca d σσπ=≤已知条件：电机及支架总重W1=190Kg ，叶轮组总重W2=36Kg ，假定机壳固定，电机及支架、叶轮组重心到机壳左侧结合面L=194mm. 考虑冲击载荷，倾翻力矩M 为：M=W1*(1+6.7)*0.22-W2*(1+6.7)*0.118=190*7.7*0.22-36*7.7*0.118=319.64N.m L1=0.258m L2=0.238m L3=0.166 L4=0.099m螺栓最大工作载荷：12222112233442222ML Fa i L i L i L i L =+++ 2222319.64x0.2582x1x0.2582x2x0.2382x2x0.1662x2x0.099Fa =+++ =167.26N式中：M ……螺栓组承受的总倾覆力矩（N.m ） i ……每行螺栓数量L ……螺栓到接合面对称轴到距离(m)； z ……螺栓数量；5、 承受预紧力和工作载荷联合作用螺栓的强度计算： 螺栓的最大拉力F=0F (1/12)c c c Fa ++＝17500＋0.3*167.26＝17550N螺栓的最大拉伸应力σ2(MPa)。
焊接接头强度与计算
a)
a)
b)
€
...... ........
c)
1.弧焊接头的静载强度计算 焊接接头在外力作用下其焊缝上的工作应力 分布往往不均匀，特别是角焊缝，在焊趾和焊根 处都出现不同程度的应力集中现象，要精确计算 这些焊缝上的应力是困难的。为此常根据理论研 究的结果和实际使用的经验，对焊接接头做某些 假定或简化，然后利用工程力学的理论和方法， 对焊缝最小断面进行应力分析和计算。 在静载条件下，当焊缝金属和母材都具有较 好塑性时，可作如下假定： ① 焊接残余应力对接头强度没有影响； ② 由于几何不连续而引起的局部应力集 中，对接头强度没有影响； ③ 忽略焊缝的余高和少量熔深，以焊缝 最小的断面为计算断面（又称危险断面），各种 接头的焊缝计算断面如图10-16和图i(M7所示; ④ 认为角焊缝都是在切应力作用下破坏 一律按切应力计算其强度； ⑤ 正面角焊缝和侧面角焊缝在强度上无 别。 按照上述假定，所有熔焊接头的焊缝强度计 算都得到了简化，从而导出了能满足一般工程要 求的简易计算公式。 (1)对接焊缝的静载强度计算公式 对接接头和T形或十字接头，无论它们是否 预开坡口，只要是焊透了的焊缝均为对接焊缝。 这类焊缝的静载强度计算公式列于表10-2,焊缝 的许用应力见表9-6。 对接焊缝的计算长度一般取焊缝实际长度， 计算厚度取被连接板中较薄的厚度（对接接头） 或立板的厚度（T形或十字接头），见图10-16。 一般情况下，对优质碳素结构钢和低合金结 构钢中全熔透的对接焊缝,若按等强度原则选择 焊接材料（填充金属），则可以不进行强度计算。 (2) 角焊缝静载强度计算公式 由角焊缝组成的接头，其焊缝的静载强度计 箅公式列于表10-3。表中角焊缝的计算长度一般 取每条焊缝实际长度减去l〇mm,计算厚度a取 焊缝内接三角形的最小高度，见图10-17。 (3) 部分熔透接头的静载强度计算公式
连接件强度计算
2 F bs h [ bs ]
2 64 10 10 240
3
53 . 3 mm
综上
L
max
L1 , L 2
53 . 3 mm
m
F
h L AS
b
d
例 8-13 销 钉 连 接 如 图 。 已 知 F=18kN, t=8mm, t1=5mm, d=15mm, 材 料 许 用 剪 应 力 [τ ] =60MPa, 许 用 挤 压 应 力 [σ bs]=200MPa, 试校核销钉的强度。
3、 铆钉组承受横向荷载
在铆钉组的计算中假设： （1）无论铆接的方式如何，均不考虑弯曲的影响。 （2）若外力的作用线通过铆钉组横截面的形心， 且同一组内各铆钉的直径相同，则每个铆钉的受 力也相同。 F 每个铆钉的受力为： F1
n
F
F
F
F
一个剪切面
一个剪切面
F
F
两个剪切面
F
F
例 8-14 某 钢 桁 架 的 一 结 点 如 图 。 斜 杆 A 由 两 个 63mm6mm的等边角钢组成，受力F=140kN的作 用。该斜杆用螺栓连接在厚度为=10mm的结点板 上，螺栓直径为d=16mm。已知角钢、结点板和螺 栓的材料均为Q235钢，许用应力为[]=170MPa， []=130MPa， [bs]=300MPa。试选择螺栓个数， 并校核斜杆A的拉伸强度。
3
F t (b d )
110 10
1 ( 85 16 )
159 . 4 MPa
综上，接头安全。
1 2 3
F F
t
F
d
t
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——剪切变形
§10-2 铆接强度计算
一、简单铆接接头 （一）搭接接头
三种破坏形式： （1）铆钉沿横截面剪断——剪切破坏； （2）铆钉与板孔壁相互挤压而在铆钉柱表面 和板孔壁柱面发生显著的塑性变形—— 挤压破坏； （3）板在钉孔位置由于截面削弱而被拉断— —拉断破坏；
1、剪切强度计算
FS F
拼合梁的连接强度计算
两块厚木板用螺钉连接成T形截面梁。已知： 螺钉直径d=4mm，„‟=60MPa。求：使梁成 为整体时螺钉的间距。
z
F
A
榫接计算
At ——主板受拉面面积。
二、铆钉群接头 1、外力通过铆钉群中心
假定外力均匀分配在每个铆钉上，每个所受外力均为 F/n，每个铆钉名义切应力相等，名义挤压应力也相等。
拉伸强度计算时，要注意铆钉的实际排列情况。
例：已知 F=130KN，b=110m, δ=10mm, δ1=7mm， d=17mm,[τ]=120Mpa，[σt]=160Mpa，［σbs]=300Mpa。校 核铆接头强度.
第十章
连接部位的强度计算
§10-1 概 述
工程中几个杆件彼 此连接时，起连接作用 的零部件称为连接件。
螺栓、销钉和铆钉等工 程上常用的连接件以及被连 接的构件在连接处的应力， 都属于所谓“加力点附近局 部应力”。 由于应力的局部性质，连接件横截面上或被 连接构件在连接处的应力分布是很复杂的，很难 作出精确的理论分析。因此，在工程设计中大都 采取假定计算方法，一是假定应力分布规律，由 此计算应力；二是根据实物或模拟实验，由前面 所述应力公式计算，得到连接件破坏时应力值； 然后，再根据上述两方面得到的结果，建立设计 准则，作为连接件设计的依据。
例：已知轴D=100mm, 凸缘上在D0=200mm的圆周上 布置8个螺栓,轴在扭转时的τmax=70MPa,螺栓的 [τ]=60Mpa.求螺栓所需直径d.
在力偶作用下： 每个铆钉受力大 小与其截面形心 至铆钉群中心C的 距离成正比，方 向垂直于该点与铆钉群中心C的连线； 所有铆钉所受力对C的力矩之和等于力偶矩。
FS
FS 假定剪切面上的τ均匀分布， 名义切应力
AS——剪切面面积， AS= πd2 / 4
FS AS
FS 剪切强度条件： AS
2、挤压强度计算
名义挤压应力
bs
Fbs Abs
Abs = dδ
挤压强度条件： bs
Fbs bห้องสมุดไป่ตู้ Abs
3、拉伸强度计算
名义拉应力：
FN t At
At =（b- d)δ
FN t 拉伸强度条件： t At
（二）对接接头
F FS 2
F 2 AS
AS —— 一个剪切面面积。
一般
δ< 2δ1 ，
名义挤压应力
bs
Fbs Abs
Abs ——主板挤压面面积。 名义拉应力：
FN t At