大型机械的连接部件的力学问题与强度分析（销钉连接）

图1 榫卯举例：丁字榫（来源：网络）

一、连接部件的力学分析

对于金属构件，销钉（或螺钉）是最常见的一类连接方式，将需要连接的两个构件加工出孔，利用销钉同时穿过两个构件的孔，使其连接成为一个整体。例如挖掘机上的销钉连接，不仅把不同部件连接，同时也是挖掘机运动的“关节”。

图2  履带式挖掘机 （来源：网络）

无论是榫卯连接，还是销钉（螺钉）连接，由于其结构的特殊性，在设计连接时，其强度分析都是重要组成部分，若连接件强度估计不足将会造成断裂失效、或严重变形等工程问题，如图3所示。

为了便于分析，我们考虑图4所示的连接模型，假定部件B固定，部件A通过销钉与部件B相连，部件B通过销钉对部件A的作用力为F。试分析连接销钉的强度。

对于挤压破坏，在局部接触的圆柱面上，挤压应力分布如图5(c)所示，最大挤压应力发生在中部，设挤压力为 ，假设连接耳片长为 ，销钉直径为d，根据试验分析，最大挤压应力近似为

可见为圆柱面在相应径向面上的投影。挤压强度条件可表示为

二、连接部件的强度校核

考虑图7所示铆钉（受力特点和销钉相同）连接部分，已知F=80kN, =10mm, b=80 mm, d=16mm, [ ]=100MPa,

[ ]=300MPa, [ ]= 160 Mpa。试校核该连接部件的强度。

图7 两块平板通过四个销钉连接在一起

同样，也满足挤压条件。此外，由于部件上开孔，还需要考虑连接部件开孔截面的强度，为此，将连接的两部分视为受拉的“杆件”，计算其轴力，如图8(b)所示。

图8 连接部件受力分析图

显然，1-1截面所受轴力最大，是危险截面；2-2截面虽然轴力有所减小，但其上开两个孔，截面面积也减小，因此，同样是危险截面；3-3截面与1-1截面相比，轴力小但截面面积与1-1截面相同，因此当1-1截面符合强度要求时，3-3截面一定也满足，校核了1-1截面就不再需要校核3-3截面。

都小于许用应力，因此被连接的两个部件都满足强度条件。

可见，为了确保工程中连接部分的强度条件，首先要保证连接件的强度要求，如上例中的销钉，确保其满足剪切和挤压两方面的强度条件；此外，被连接部分由于开孔，也需要确保在开孔截面上满足强度条件。