剪切与挤压

机械工程基础第一讲：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第五章剪切与挤压第一讲：剪切与挤压的概念和工程实例一、剪切与挤压的概念和工程实例FFdFFdFF2d11铆钉螺栓常见的连接件形式销钉键块轴轴承一、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。变形特点：两力间的横截面发生相对错动即连接件沿两个作用线之间的截面发生相对错动，这种变形称为剪切变形发生相对错动的面称为剪切面FFdmmFFFQQF上图示的铆钉只有一个剪切面，称为单剪。剪切面FF2d11QF/2F/2QQQ图示的销钉具有两个剪切面，称为双剪。其中Q是剪切面上与外力大小相等、方向相反的内力，这个内力沿截面作用，称为剪力，相应的应力叫剪应力，用表示。AQ剪切面上剪力剪切面面积构件受剪时，剪切与挤压一般是同时发生的。二、挤压的概念FFdbsbsbsAF局部压扁挤压面孔侧面压皱联接件在发生剪切变形的同时，它与被联接件传力的接触面上将受到较大的压力作用，从而出现局部变形，这种现象称为挤压。如图，上钢板孔左侧与铆钉上部左侧，下钢板右侧与铆钉下部右侧相互挤压。发生挤压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。相应的应力称为挤压应力，用jy表示。jyjyjyAF必须指出，挤压与压缩不同。挤压力作用在构件的表面，挤压应力也只分布在挤压面附近区域，且挤压变形情况比较复杂。当挤压应力较大时，挤压面附近区域将发生显著的塑性变形而被压溃，此时发生挤压破坏。另外可以看出，剪切面是与作用力平行的面，挤压面是与作用力垂直的面。挤压面MMFFj孔挤扁或钉FFj键或槽变形MFjFjFj键上挤压力挤压面挤压面二个剪切面挤压面为曲面时的计算挤压面FFFF二个挤压面实际挤压面FjFjFj计算挤压面三个挤压面第二讲剪切与挤压的实用计算构件受剪时，剪切面和挤压面上的应力分布较复杂，在工程实际中一般采用实用计算：假定剪切面和挤压面上的应力都是均匀分布的，由此得到的计算结果具有足够的精度。一、剪切实用强度计算剪力的计算（截面法）：Q＝F（单剪)FFdmmFFFQQFFF2d11QF/2F/2QQQQ=F/2(双剪）剪切强度条件：许用剪应力剪切面面积剪切面上剪力AQmax1.强度校核;选择截面尺寸;2.3.确定最大许可载荷剪切强度条件可解决三类问题：塑性材料：[]＝（0.6～0.8）[]脆性材料：[]＝（0.8～1.0）[]许用剪应力与许用切应力相似，由通过实验得到的剪切强度极限除以安全系数得到。一般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，于是有二、挤压实用强度计算jyjyjyAF挤压面上的挤压力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。h/2h/2AjyAjy=hl/2对于销钉、铆钉等圆柱联接件，其挤压面为圆柱面，挤压面的应力分布如图。FFdbsbsbsAF挤压面dAjy=d·为保证联接件具有足够的挤压强度而不破坏，挤压强度条件为式中，[jy]为材料的允许挤压应力，其数值可由实验获得。常用材料的仍可从有关的手册上查得。对于金属材料，许用挤压应力和许用拉应力之间有如下关系：塑性材料[jy]＝(1.5～2.5)[]脆性材料[jy]＝(0.9～1.5)[]必须注意，如果两个相互挤压构件的材料不同，则应对材料强度较小的构件进行计算。挤压强度条件可解决三类问题与剪切强度可解决问题相似。jyjyjyjyAF三、剪应变剪切胡克定律构件在发生剪切变形时，截面沿外力的方向产生相对错动。在构件受剪部位的某处取一小立方体——单元体，在剪力的作用下，单元体将变成平行六面体，其左右两截面发生相对错动，使原来的直角改变了一个微量角度，这就是剪应变，又称为角应变，单位弧度rad实验指出：当切应力不超过材料的剪切比例极限p时，切应力与切应变成正比。这就是材料的剪切胡克定律，即=G式中，比例常数G与材料有关，称为材料的切变模量。G的量纲与相同。一般钢材的G约为80GPa，铸铁约为45GPa。对于各向同性的材料，切变模量G、弹性模量E、泊松比之间存在以下关系：12EGOp例1冲床的最大冲力为400kN，冲头材料的许用应力[]=440MPa，被冲剪的钢板的抗剪强度b=360MPa。求在最大冲力作用下所能冲剪的圆孔最小直d和最大厚度t。解1）确定圆孔的最小直径。冲剪的孔径等于冲头的直径，冲头工作时需满足抗压强度条件，即t凸模工件冲头dtFd24dFAFNmmFd3444010400443故取最小直径为35mm。2）求钢板得最大厚度。钢板剪切面上的剪力FQ=F，剪切面的面积为dt。为能冲断圆孔，需满足下列条件bQAFmm1.1036035π10400π3bdFt故取钢板的最大厚度为10mm。例厚度为的主钢板用两块厚度为的同样材料的盖板对接如图示。已知铆钉直径为d=2cm，钢板的许用拉应力，钢板和铆钉许用剪应力和许用挤压应力相同，分别为，。若F=250KN，试求:（1）每边所需的铆钉个数n；（2）若铆钉按图示排列，所需板宽b为多少？MPa100][MPa280][jcm121tcm62tMPa160][FF解：可采用假设的计算方法：假定每个铆钉所受的力都是一样的。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。（1）铆钉剪切计算F/nF/2nF/2nF/2nQ][412/2dnFAQ][22dFn98.3（2）铆钉的挤压计算][/1jjjydtnFAFj][1jdtFn72.3因此取n=4.（3）主板拉断的校核FF/nF/nF/nF/nFF/2II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）：][)2(1maxtdbFdtFb2][1cm5.47m)(475.0t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2、剪切与挤压的实用计算AQmaxjyjyjyAF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，并能够计算出它们的实用面积剪切与挤压的主要区别剪切面与外力平行挤压面与外力垂直剪切应力为剪应力挤压应力为正应力剪切面计算铆钉与螺栓键241dAlbA挤压面计算2hlAjhdAj（2）正确地确定剪切面的位置及其上的剪力。剪切面在两相邻外力作用线之间，与外力平行。（3）正确地确定挤压面的位置及其上的挤压力。挤压面即为外力的作用面，与外力垂直；挤压面为半圆弧面时，可将构件的直径截面视为挤压面。剪切构件的强度计算，与轴向拉压时相同，也是按外力分析、内力分析、强度计算等几个步骤进行的。在作外力和内力分析时，还须注意以下几点：（1）首先必须取出剪切构件，明确研究对象，绘出其上的全部外力，确定外力大小。在此基础上才能正确地辨明剪切面和挤压面。作业:1作下习题2P1245—155-16