銷連接

本計算用于對連接所使用的銷及開孔銷的幾何及強度校核，程序用于解決以下問題：

1. 設計用于彈簧連接的銷；
2. 設計連接中的安全銷；
3. 設計用于固定軸及套筒的銷；
4. 設計用于軸毂連接的徑向銷；
5. 設計用于軸毂連接的縱向銷；
6. 設計用于U型旋轉軸連接的開孔銷；
7. 設計連接的強度校核；
8. 程序中包含ANSI，ISO，DIN，BS，JIS和CSN標准中銷及開孔銷的額定尺寸；
9. 支持二維繪圖。

本計算使用的數據，程序，算法來自專業資料及標准ANSI，ISO，DIN。

標准列表： ANSI B18.8.1, ANSI B18.8.2, ISO 2338, ISO 2339, ISO 2340, ISO 2341, ISO 8733, ISO 8734, ISO 8735, ISO 8739, ISO 8740, ISO 8741, ISO 8742, ISO 8743, ISO 8744, ISO 8745, ISO 8746, DIN 1, DIN 7, DIN 1443, DIN 1444, DIN 1470, DIN 1471, DIN 1472, DIN 1473, DIN 1474, DIN 1475, DIN 1476, JIS B 1352, JIS B 1354, JIS B 1355, BS EN 22339, BS EN 22340, BS EN 22341, CSN EN 22339, CSN EN 22340, CSN EN 22341

控制結構及語法

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項目信息

本項目的相關信息請查看 "項目信息"。

基礎理論

銷連接用于兩機械部件的牢靠、可分離的連接，保證工件的相對位置，防止橫向位移。標准銷包含了一系列不同的尺寸和形狀。預緊力可以通過銷與孔的公差或者使用圓錐銷。圓錐銷具有1：50的錐度並可以自鎖，有普通和開槽兩種類型。

• 圓柱銷采用鑽孔或者擴孔，常用的配合公差爲： H7/n6, H7/m6, H7/p6。
• 開槽銷不需要精確的銷孔，更易于安裝，但是不適合經常拆卸的場合，也不能用于鋁制連接工件。其載荷能力大概下降了20%～30%。常用配合公差爲：H11/h11, H12/h11。
• 圓錐銷能夠更精確和更牢固的進行連接，並能夠保證連接工件在拆卸後重裝配時精確定位，不能用于震動場合。連接工件上的安裝孔必須進行加工。常用的配合公差爲：H11/h10, H12/h11。

馬蹄銷用于可分離的旋轉機械部件連接，通常只考慮作用在銷軸上的橫向載荷。該連接通常具有間隙，並且還可以用于短軸帶輪和移動輪等。通常使用以下配合公差：H11/h11, H10/h8, H8/f8, H8/h8, D11/h11, D9/h8。馬蹄鈎連接必須用開口銷，彈簧安全墊圈，螺帽，調整環等防止軸向移動，標准的銷分兩種：一種有頭，另一種兩端都開孔。

銷連接在簡化條件下，不考慮壓應力影響並適當降低了許用應力。連接工件的孔口處需要進行形變校核，銷根據類型，需要進行抗剪強度或者抗彎強度校核。軸毂連接中軸在扭矩作用下必須進行扭轉強度校核。

彈簧固定銷

受到橫向彎應力，需要校核接觸面變形及銷的抗剪強度。

銷的彎應力：

接觸壓力：

其中：
M_b ... 彎矩 [Nmm, lb in]
W_b ... 彎曲模量 [mm³, in³]
P_b ... 彎應力 [MPa, psi]
P_p ... 壓應力 [MPa, psi]
F .... 作用力 [N, lb]
s .... 板的厚度 [mm, in]
h .... 力臂 [mm, in]
d .... 銷直徑 [mm, in]
K_Sb, K_Sp ... 使用系數 (具體說明見[2.7, 2.8])

安全銷

受到橫向剪應力，需要校核接觸面變形及銷的抗剪強度。

銷的剪應力：

下工件壓應力：

上工件壓應力：

其中：
F .... 作用力 [N, lb]
s₁ ... 下工件厚度 [mm, in]
s₂ ... 上工件厚度 [mm, in]
d .... 銷直徑 [mm, in]
i ..... 銷個數
K_L ... 載荷分布系數 (具體說明見 [2.6])
K_Sb, K_Sp ... 使用系數 (具體說明見 [2.7, 2.8])

杆及套筒的連接銷

受到橫向剪應力，需要校核接觸面變形及銷的抗剪強度。

推薦連接尺寸：
d » (0.2 .. 0.3) D
D₁ » (1.5 .. 2) D     - 鋼
D₁ » (2.5) D           - 鑄鐵

銷的剪應力：

杆上壓應力：

套筒上壓應力：

其中：
F .... 作用力 [N, lb]
D .... 杆的直徑 [mm, in]
D₁ ... 套筒直徑 [mm, in]
d .... 銷直徑 [mm, in]
i ..... 銷個數
K_L ... 載荷分布系數 (具體內容見 [2.6])
K_Sb, K_Sp ... 使用系數 (具體內容見 [2.7, 2.8])

軸毂連接用徑向銷

受到扭矩作用，需要校核接觸面變形、銷的抗剪強度及軸的扭轉。

推薦聯接尺寸：
d » (0.2 .. 0.3) D
D₁ » (1.5 .. 2) D     - 鋼
D₁ » (2.5) D           - 鑄鐵

銷的剪應力:

軸上壓應力:

毂上壓應力:

軸的剪應力:

其中：
T .... 扭矩 [Nmm, lb in]
D .... 軸直徑 [mm, in]
D₁ ... 毂直徑 [mm, in]
d .... 銷直徑 [mm, in]
K_Sb, K_Sp ... 使用系數 (具體說明見 [2.7, 2.8])

軸毂連接用縱向銷

受到扭矩作用，需要校核接觸面變形、銷的抗剪強度及軸的扭轉。

推薦連接尺寸：
d » (0.125 .. 0.2) D
L_f » (1 .. 1.5) D
D₁ » (1.5 .. 2) D     - 鋼
D₁ » (2.5) D           - 鑄鐵

銷的剪應力:

軸及毂的壓應力:

軸的剪應力:

其中：
T .... 扭矩 [Nmm, lb in]
D .... 軸直徑 [mm, in]
D₁ ... 毂直徑 [mm, in]
d .... 銷直徑 [mm, in]
L_f ... 銷的作用長度 [mm, in]
i ..... 銷數
K_L ... 載荷分布系數 (詳細說明見 [2.6])
K_Sb, K_Sp ... 使用系數 (詳細說明見 [2.7, 2.8])

旋轉馬蹄鈎用開孔銷

受到橫向彎矩作用，需要校核接觸面變形、銷的抗剪強度及抗剪強度。

推薦連接尺寸:
a » (1.5 .. 1.7) d
b » (0.3 .. 0.5) a
l » (2 .. 2.5) d
D » (2.5) d     - 鋼
D » (3.5) d     - 鑄鐵

銷的彎應力:

銷的剪應力:

杆上壓應力:

馬蹄鈎上壓應力:

其中：
M_b ... 彎矩 [Nmm, lb in]
W_b ... 彎曲模量 [mm³, in³]
F .... 作用 [N, lb]
a .... 杆寬度 [mm, in]
b .... 馬蹄鈎寬度 [mm, in]
d .... 銷直徑 [mm, in]
K_Sb, K_Sp ... 使用系數 (具體內容見 [2.7, 2.8])

計算過程

典型的銷連接設計計算過程有以下步驟：

1. 設計計算單位 (SI / 英制) [1.1]
2. 選擇連接類型 [1.2]
3. 輸入連接載荷 (傳遞的輸出, 速度, 作用力) [1.4, 1.5, 1.7]
4. 設置連接的使用及裝配參數 [1.8]
5. 選擇連接工件的材料 [1.13, 1.18]
6. 選擇使用的銷類型 [2.2]
7. 定義適當的使用系數 [2.5]
8. 選擇銷的材料 [2.9]
9. 輸入連接工件的尺寸 [2.17, 2.18]
10. 確定合適的銷直徑及長度 [2.21, 2.23]. 你可以使用自動設計功能來進行查找 [2.20]
11. 對設計結果進行強度校核 [3]
12. 新的文件名保存當前設計方案

連接的載荷及基本參數 [1]

本部分中需要輸入基本相關參數包括載荷的性質、方式和數量，連接工件的材料及連接設計等。

1.1 計算單位

從列表中選擇計算單位，所有的數據將自動進行轉換。

1.2 連接類型

點擊相應的圖形選擇連接的類型

1.4 傳遞功率

輸入軸上傳遞的功率

1.5 軸的轉速

輸入軸的轉速

1.6 扭矩

傳遞的功率及轉速將産生扭矩，這是用于連接設計的基本數據

1.7 作用力

輸入連接橫向最大受力載荷

1.9 載荷類型

選擇與設計要求最相似的載荷類型

備注：對于周期及脈沖載荷，連接的載荷能力將下降大概30%到50%

1.12 設計安全系數

根據輸入數據的精確性、准確性，連接的重要性，産品質量和計算的精確程度，一般取1.5～3

安全系數的選取：

• 1.3 到 1.5 - 准確的輸入數據，正確的材料選用，高質量的制造工藝，不重要的連接，不會導致嚴重後果的連接；
• 1.5 到 1.8 - 沒有實驗證明的數據，一般質量的制造工藝，重要性一般的連接；
• 1.8 到 2.5 - 不准確的計算數據，估計的材料選用，無法預知外加載荷的影響，大直徑軸，非常重要的連接，會危及人身和財産安全的連接。

備注：當連接工作在腐蝕或高溫環境下時，可以取更高的值。

".提示：關于安全系數的選用請查看文檔“安全系數”

1.13, 1.18 連接工件材料

從列表中選擇連接工件所用的材料，方括號中的數據是材料最小拉伸強度[MPa/ksi]。如果列表右側的複選框被選中，則所選材料的必要強度參數將自動選擇，否則請手動輸入材料性質。許用壓應力的最小值[1.16, 1.21]用于對固定連接下工件接觸面之間的變形進行校核，而對于旋轉連接，認爲許用應力[1.17, 1.22] 將會降低 (大概到 80%). 扭矩作用下，許用扭應力 [1.23] 用來校核扭轉下軸的強度。

警告：材料強度參數根據靜止狀態下整組材料的最小值實驗數據，雖然與實際材料的值非常接近，還是建議您使用材料具體參數或者制造商的技術文獻。

連接尺寸設計 [2]

本部分用于選擇合適的銷及連接尺寸

2.2 銷選擇

從列表中選擇銷的形狀（標准），其直徑和長度已經在標准中加以定義，根據ANSI標准的銷尺寸單位爲英寸，根據其他標准的尺寸單位爲毫米。

標准銷選用

提示：如果標准中的銷不能滿足要求，從列表中選擇“用戶銷”，程序將允許您對其尺寸進行定義。

2.4 銷個數

增加銷的個數可以傳遞更高載荷，可以根據連接設計或載荷性質對其進行分布，軸上的縱向軸通常采用對稱設計。

2.6 載荷分布系數

由于制造及裝配誤差，多銷連接中的載荷分布可能不均勻。實際載荷區域可能小于理論值，理論與實際載荷區域的比值爲載荷分布系數，根據銷連接的精確度和數量，該系數一般取0.5～1。

提示：當行[2.5]中的選項按鈕可用時，該系數將自動根據制造和裝配精確度取值。

警告：裝配過程中統一鑽制銷孔並使用緊定銷可以得到均布載荷，此時該系數取1.

備注：該系數只考慮多個銷的情況，對于單個銷，該系數取1。

2.7 使用系數 (壓應力).

該系數用于考慮制造及工作參數對于接觸表面形變強度的影響，根據銷的類型和連接的載荷性質而定，一般取1～3。

提示：爲了便于設計，程序可以自動進行設計。如果行[2.5]中的選項按鈕可用，程序將自動根據段[1.8]中的連接參數定義取值。

2.8 使用系數 (彎應力，剪應力)

該系數用于考慮制造及工作參數對于銷的彎應力和剪應力的影響，根據銷的類型和連接的載荷性質而定，一般取1～3。

提示：爲了便于設計，程序可以自動進行設計。如果行[2.5]中的選項按鈕可用，程序將自動根據段[1.8]中的連接參數定義取值。

2.9 銷材料

從列表中選擇銷的材料，方括號中的數據是該類型材料的最小拉應力[MPa/ksi]。如果右邊選擇列表中的複選框被選中，所選材料的強度參數將自動選擇，或者可以手動輸入材料參數。許用壓應力[2.12]用來校核固定連接的變形，在旋轉連接中，許用應力[2.13]將會降低（大概到80%）。

警告：所有材料的強度數據是靜止狀態下實驗得出的最小值，雖然與實際材料比較相近，我們還是建議您根據材料說明或産品手冊。

2.16 連接尺寸

本部分用于設計連接尺寸。開始連接設計前請輸入連接工件的尺寸[2.17, 2.18]並從列表[2.21]中選擇合適的銷直徑，銷的最小作用長度 [2.24]將被進行計算，選擇實際作用長度[2.23]完成設計。從標准長度[2.22]中選擇並確保作用長度[2.25]大于最小長度[2.24]。

提示1：連接尺寸各部分的推薦值見幫助的理論部分。

提示2：爲了便于設計，程序可以自動選擇合適的銷 [2.20]，點擊“搜索”按鈕後程序將自動選擇尺寸最小的適用銷。

2.20 搜索合適的銷

爲了便于設計，程序可以自動選擇合適的銷。點擊“搜索”按鈕後，程序將自動選擇尺寸最小的適用銷，按鈕“<”和“>”可以用于在標准的尺寸系列中快速切換。選定直徑後，程序將自動確定其最佳長度。

2.21 銷的尺寸

從標准的尺寸系列中選擇銷的直徑，可以根據由經驗判斷的尺寸 [2.17]得到的推薦值[2.19]來確定。

提示：如果指定的尺寸範圍不在標准銷範圍內，選擇列表[2.2]中的“用戶銷”，程序將允許你定義銷的任何尺寸。

2.22 銷的長度許用範圍

選定銷的長度的最大值和最小值在標准中都有定義。

提示：如果指定的尺寸範圍不在標准銷範圍內，選擇列表[2.2]中的“用戶銷”，程序將允許你定義銷的任何尺寸。

2.23 Pin length. 銷的長度

從標准範圍 [2.22]中選擇銷的長度，使得作用長度[2.25]大于最小長度[2.24]。

提示：如果指定的尺寸範圍不在標准銷範圍內，選擇列表[2.2]中的“用戶銷”，程序將允許你定義銷的任何尺寸。

2.24 銷的最小作用長度

對于縱向銷，該參數給出了能夠安全傳遞輸入扭矩的銷的最小作用長度。對于其他類型的銷，根據設計連接和連接工件[2.17, 2.18]決定。.

警告：如果最小作用長度超過了標准銷長度的範圍[2.22]，請試著增加銷的直徑或者使用非標准銷。

2.25 Functional length of pin. 銷的作用長度

銷的作用長度是總長減去銷的尾部倒角或四舍五入，對于馬蹄鈎銷，其實際長度是從頭部到開孔。

連接的強度校核 [3]

銷連接在簡化條件下，不考慮壓應力影響並適當降低了許用應力。連接部分必須對孔口部分進行強度校核，銷根據類型的不同，必須對抗剪強度和抗彎強度進行校核，對于傳遞扭矩軸，必須進行扭轉強度校核。

提示：關于各種銷連接的尺寸及校核請查看幫助的理論部分。

3.1 銷的剪應力校核

結果安全系數[3.4]根據材料的許用剪應力和計算相對強度的比值確定，計算出的安全系數必須大于設計安全系數[1.12]。

備注：如果結果不合適，試著增加銷的直徑。

3.5 銷的彎應力校核

結果安全系數[3.8]根據材料的許用彎應力和計算相對強度的比值確定，計算出的安全系數必須大于設計安全系數[1.12]。

備注：如果結果不合適，試著增加銷的直徑。

3.9, 3.13 接觸壓應力校核

對于各連接部分分別進行形變校核，結果連接安全系數[3.12, 3.16]根據質量最差材料的許用壓應力和作用在該部分上的計算相對強度的比值確定。計算出的安全系數必須大于設計安全系數[1.12]。

備注：如果結果不合適，試著增加銷的直徑或者連接工件的尺寸。

3.17 軸的扭轉校核

結果連接安全系數[3.20] 根據軸材料的許用扭轉強度和計算相對強度的比值確定，計算出的安全系數必須大于設計安全系數[1.12]。

備注：如果結果不合適，試著減少銷的直徑或增加軸的直徑。

圖形輸出及CAD系統

關于二維繪圖及三維建模的相關信息請查看文檔“圖形輸出及CAD系統”。

設置及語言選項

關于計算參數設置及語言選擇請查看 "設置及語言選項"。

工作簿修改 (計算)

關于計算修改或擴展的相關內容請查看 "工作簿修改"。