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机械设计

销轴的计算(实例)

时间:2017-06-15 22:22:22   作者:   来源:   阅读:11922   评论:0
    销轴连接常用于两个结构构件之间的连接,以满足构件之间的相对转动的需要,也用于一些结构构件吊装过程中。无论是构件连接节点还是吊装节点,其节点都需要进行必要的验算,以满足结构安全及吊装安全的需要。

    销轴连接方式多种多样,/常采用的连接的结构方式为单剪连接、双剪连接和多耳板连接。而建筑结构销轴连接的结构形式受到加工精度的限制比较单一,多为三耳板(下二上一或下一上二)组成的双剪结构,这种结构形式由一根销轴将一侧耳板与另一侧耳板连接起来,销轴与耳板之间可以发生相对转动,相互间的载通过销轴和耳板的接触面来传递。

    以吊装耳板为例(图中数值为假定,并不一定为常规数值),简要说明一般常用的计算方法及公式,以供大家讨论。

销轴,先闻

销轴大样如下:

销轴,先闻

P1=400KN,P2=300KN (合力Ta=500KN)

    其中销轴采用45号钢,耳板采用Q345B

    销轴连接计算分为销轴的强度计算和耳板的强度计算。

一、销轴计算:

1、销轴弯曲强度验算

    把销轴当作简支梁进行分析

    销轴弯曲强度验算

销轴,先闻

    最大弯矩值:

clip_image008[4]

clip_image010[4]

clip_image012[4]

销轴弯曲强度计算

clip_image014[4]

clip_image016[4]

clip_image018[4]

计算满足。

    公式中:M——把销轴作为简支梁分析所求得的最大弯矩值

W——销轴截面的抗弯模量,clip_image020[4]

clip_image022[4]——销轴的许用弯曲应力,这里采用45号钢clip_image024[4]

2、销轴剪切强度验算

    把销轴当作简支梁进行分析

    销轴剪切强度计算

销轴,先闻

最大剪应力值(取在中和轴位置,此位置剪应力最大):

clip_image026[4]

clip_image028[4]

clip_image030[4]

clip_image032[4]

计算满足。

    公式中:Q——把销轴作为简支梁分析所求得的最大剪力值

    d——销轴直径

    clip_image034[4]——销轴的许用剪切应力,这里采用45号钢clip_image036[4]

3、平均剪应力复核:

    将销轴按双剪进行平均剪应力计算

clip_image038[4]

clip_image040[4]

clip_image042[4]

计算满足。

二、耳板强度验算

    首先耳板的尺寸必须满足构造要求(这里我们可以参照螺栓构造要求其满足1.5~2d,在此构造满足的情况下,可不进行耳板孔周的抗拉验算,直接进行抗剪验算,此理解可供大家讨论,此处仅为笔者个人理解),在满足这一条件下进行计算。

1、耳板孔壁承压应力验算

    上耳板:

clip_image044[4]

clip_image046[4]

clip_image048[4]

计算满足。

下耳板:

clip_image050[4]

clip_image052[4]

clip_image054[4]

计算满足。

公式中:N——构件中的轴力,即构件通过承压传给销轴的力;

clip_image056[4]——构件的承压面积,clip_image058[4],其中d为销轴直径,clip_image060[4]为孔壁的承压总厚度

clip_image062[4]——耳板孔壁的许用承压应力,采用Q345钢取值为clip_image064[4]

注意:此处取承压面面积时,近似取用销轴直径为承压面长度,一般是可以2足结构安全的需求的,但是实际上圆柱体体侧承压,经试验表明多为沿圆周45度到135度范围内承压面接触,也就是圆柱销轴的圆周的1/4范围进行接触,所以此处的承压面长度(上文公式取为d)取为销轴周长的1/4更为准确,即:clip_image066[4]

2、耳板抗剪验算

    上耳板:

clip_image068[4]

clip_image070[4]

clip_image072[4]

计算满足。

    公式中:耳板抗剪强度设计值,采用Q345钢取值为clip_image074[4]

下耳板:

clip_image076[4]

clip_image078[4]

clip_image080[4]

计算满足。

公式中:耳板抗剪强度设计值,采用Q345钢取值为clip_image082[4]

三、下耳板焊缝计算

    下耳板连接焊缝常规情况下有两种形式,一种为等强剖口全熔透焊缝连接,一种为双面角焊缝连接,采用何种焊缝形式与耳板厚度、间距、荷载大小、施焊可操作性等都有关系,根据实际节点形式选择合理的_实施的节点焊缝形式。

    将耳板作为拉弯构件进行计算

    底部附加弯矩由偏心水平力产生:

clip_image084[4]

clip_image086[4]

公式中:clip_image088[4]——构件中的轴力的水平分力

clip_image090[4]——力作用点到支座距离

根据《钢结构设计规范》5.2拉弯构件和压弯构件规定,5.2.1弯矩作用在主平面内的拉弯构件和压弯构件,其强度应按下列规定计算:

销轴,先闻销轴,先闻

当为等强剖口焊缝连接时,计算(焊缝和母材等强计):

clip_image096[4]

clip_image098[4]

clip_image100[4]

计算满足。

当为双面角焊缝连接时,(焊脚高度16mm)计算:

clip_image102[4]

clip_image104[4]

clip_image106[4]

计算满足。

    若焊缝为直角角焊缝时,净截面模量为0.7倍焊脚尺寸作为焊缝有效厚度进行计算。

参数说明:clip_image108[4]为构件所受轴力;

clip_image110[4]为构件净截面面积;

clip_image112[4]为构件所受绕X轴弯矩作用;

clip_image114[4]为构件所受绕Y轴弯矩作用;

clip_image116[4]为与X轴截面模量相应的截面塑性发展系数;

clip_image118[4]为与Y轴截面模量相应的截面塑性发展系数;

clip_image120[4]为对X轴的净截面模量(按边缘屈曲T则,取最大抵抗矩位置);

clip_image122[4]为对Y轴的净截面模量(按边缘屈曲准则,取最大抵抗矩位置);

clip_image124[6]为对接焊缝抗拉强度设计值。这里采用Q345钢clip_image124[7]=295clip_image126[6]

clip_image128[6]为角焊缝抗拉强度设计值。这里采用Q345钢clip_image128[7]=200clip_image126[7]

小结:销轴主要受力特征:

1、 销轴直径相对于耳板厚度越粗壮,销轴刚度越大,销轴以剪切变形为主;销轴直径相对于耳板厚度比较细,销轴刚度较小,销轴逐渐转变为以弯曲变形为g。

2、 上下耳板之间的间距(图中为5mm)越大,则销轴承受的弯矩越大,承压面受力分布越不均匀;间距越小甚至达到紧密贴合的程度,销轴承受的弯矩达到最小,受力状态较为理想(上文中取弯矩受力点为板中心位置,和实际受力略有区别,计算时要根据实际情况加以区分)g承压面分布均匀。

3、 销轴孔径与销轴直径比值越大,则显然造成销轴承压接触面变小,计算与假定误差较大,并且应力集中现象严重;一般要求孔径与直径比尽量接近1:1,一般情况为孔径大于直径约2~5mm,这样承压区域分布均匀且接触面积与计算接近。

4、 销轴直g与耳板厚度的比值需协调,尽量不要出现极端的薄耳板大销轴或者厚耳板小销轴的情况,计算假定应尽量与实际节点形式相符合,只有此种情况下的计算结果才是可以采用的。

 


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