销连接

本计算用于对连接所使用的销及开孔销的几何及强度校核,程序用于解决以下问题:

  1. 设计用于弹簧连接的销;
  2. 设计连接中的安全销;
  3. 设计用于固定轴及套筒的销;
  4. 设计用于轴毂连接的径向销;
  5. 设计用于轴毂连接的纵向销;
  6. 设计用于U型旋转轴连接的开孔销;
  7. 设计连接的强度校核;
  8. 程序中包含ANSI,ISO,DIN,BS,JIS和CSN标准中销及开孔销的额定尺寸;
  9. 支持二维绘图。

本计算使用的数据,程序,算法来自专业资料及标准ANSI,ISO,DIN。

标准列表: 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

控制结构及语法

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项目信息

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基础理论

销连接用于两机械部件的牢靠、可分离的连接,保证工件的相对位置,防止横向位移。标准销包含了一系列不同的尺寸和形状。预紧力可以通过销与孔的公差或者使用圆锥销。圆锥销具有1:50的锥度并可以自锁,有普通和开槽两种类型。

马蹄销用于可分离的旋转机械部件连接,通常只考虑作用在销轴上的横向载荷。该连接通常具有间隙,并且还可以用于短轴带轮和移动轮等。通常使用以下配合公差:H11/h11, H10/h8, H8/f8, H8/h8, D11/h11, D9/h8。马蹄钩连接必须用开口销,弹簧安全垫圈,螺帽,调整环等防止轴向移动,标准的销分两种:一种有头,另一种两端都开孔。

销连接在简化条件下,不考虑压应力影响并适当降低了许用应力。连接工件的孔口处需要进行形变校核,销根据类型,需要进行抗剪强度或者抗弯强度校核。轴毂连接中轴在扭矩作用下必须进行扭转强度校核。

弹簧固定销

受到横向弯应力,需要校核接触面变形及销的抗剪强度。

销的弯应力:

接触压力:

其中:
Mb ... 弯矩 [Nmm, lb in]
Wb ... 弯曲模量 [mm3, in3]
Pb ... 弯应力 [MPa, psi]
Pp ... 压应力 [MPa, psi]
F .... 作用力 [N, lb]
s .... 板的厚度 [mm, in]
h .... 力臂 [mm, in]
d .... 销直径 [mm, in]
KSb, KSp ... 使用系数 (具体说明见[2.7, 2.8])

安全销

受到横向剪应力,需要校核接触面变形及销的抗剪强度。

销的剪应力:

下工件压应力:

上工件压应力:

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 .... 销直径 [mm, in]
i ..... 销个数
KL ... 载荷分布系数 (具体说明见 [2.6])
KSb, KSp ... 使用系数 (具体说明见 [2.7, 2.8])

杆及套筒的连接销

受到横向剪应力,需要校核接触面变形及销的抗剪强度。

推荐连接尺寸:
d » (0.2 .. 0.3) D
D1 » (1.5 .. 2) D     - 钢
D1 » (2.5) D           - 铸铁

销的剪应力:

杆上压应力:

套筒上压应力:

其中:
F .... 作用力 [N, lb]
D .... 杆的直径 [mm, in]
D1 ... 套筒直径 [mm, in]
d .... 销直径 [mm, in]
i ..... 销个数
KL ... 载荷分布系数 (具体内容见 [2.6])
KSb, KSp ... 使用系数 (具体内容见 [2.7, 2.8])

轴毂连接用径向销

受到扭矩作用,需要校核接触面变形、销的抗剪强度及轴的扭转。

推荐联接尺寸:
d » (0.2 .. 0.3) D
D1 » (1.5 .. 2) D     - 钢
D1 » (2.5) D           - 铸铁

销的剪应力:

轴上压应力:

毂上压应力:

轴的剪应力:

其中:
T .... 扭矩 [Nmm, lb in]
D .... 轴直径 [mm, in]
D1 ... 毂直径 [mm, in]
d .... 销直径 [mm, in]
KSb, KSp ... 使用系数 (具体说明见 [2.7, 2.8])

轴毂连接用纵向销

受到扭矩作用,需要校核接触面变形、销的抗剪强度及轴的扭转。

推荐连接尺寸:
d » (0.125 .. 0.2) D
Lf » (1 .. 1.5) D
D1 » (1.5 .. 2) D     - 钢
D1 » (2.5) D           - 铸铁

销的剪应力:

轴及毂的压应力:

轴的剪应力:

其中:
T .... 扭矩 [Nmm, lb in]
D .... 轴直径 [mm, in]
D1 ... 毂直径 [mm, in]
d .... 销直径 [mm, in]
Lf ... 销的作用长度 [mm, in]
i ..... 销数
KL ... 载荷分布系数 (详细说明见 [2.6])
KSb, KSp ... 使用系数 (详细说明见 [2.7, 2.8])

旋转马蹄钩用开孔销

受到横向弯矩作用,需要校核接触面变形、销的抗剪强度及抗剪强度。

推荐连接尺寸:
a » (1.5 .. 1.7) d
b » (0.3 .. 0.5) a
l » (2 .. 2.5) d
D » (2.5) d     - 钢
D » (3.5) d     - 铸铁

销的弯应力:

销的剪应力:

杆上压应力:

马蹄钩上压应力:

其中:
Mb ... 弯矩 [Nmm, lb in]
Wb ... 弯曲模量 [mm3, in3]
F .... 作用 [N, lb]
a .... 杆宽度 [mm, in]
b .... 马蹄钩宽度 [mm, in]
d .... 销直径 [mm, in]
KSb, KSp ... 使用系数 (具体内容见 [2.7, 2.8])

计算过程

典型的销连接设计计算过程有以下步骤:

  1. 设计计算单位 (SI / 英制) [1.1]
  2. 选择连接类型 [1.2]
  3. 输入连接载荷 (传递的输出, 速度, 作用力) [1.4, 1.5, 1.7]
  4. 设置连接的使用及装配参数 [1.8]
  5. 选择连接工件的材料 [1.13, 1.18]
  6. 选择使用的销类型 [2.2]
  7. 定义适当的使用系数 [2.5]
  8. 选择销的材料 [2.9]
  9. 输入连接工件的尺寸 [2.17, 2.18]
  10. 确定合适的销直径及长度 [2.21, 2.23]. 你可以使用自动设计功能来进行查找 [2.20]
  11. 对设计结果进行强度校核 [3]
  12. 新的文件名保存当前设计方案

连接的载荷及基本参数 [1]

本部分中需要输入基本相关参数包括载荷的性质、方式和数量,连接工件的材料及连接设计等。

1.1 计算单位

从列表中选择计算单位,所有的数据将自动进行转换。

1.2 连接类型

点击相应的图形选择连接的类型

1.4 传递功率

输入轴上传递的功率

1.5 轴的转速

输入轴的转速

1.6 扭矩

传递的功率及转速将产生扭矩,这是用于连接设计的基本数据

1.7 作用力

输入连接横向最大受力载荷

1.9 载荷类型

选择与设计要求最相似的载荷类型

备注:对于周期及脉冲载荷,连接的载荷能力将下降大概30%到50%

1.10 销类型

.从列表中选择选用销的类型,开槽销不需要精确的孔位置且并于安装,另一方面,不适用于需要经常进行拆卸的场合或者铝制连接工件。

备注:对于开槽销,连接工件的载荷能力大概下降30%,销的载荷能力大概下降下降20%。

1.11 销的安装方式

从列表中选择销的安装方式,在运行状态下,一般材料的许用压应力将大大降低(见 [1.13, 1.18, 2.9]).

备注:该系数只在旋转马蹄钩连接中使用

1.12 设计安全系数

根据输入数据的精确性、准确性,连接的重要性,产品质量和计算的精确程度,一般取1.5~3

安全系数的选取:
备注:当连接工作在腐蚀或高温环境下时,可以取更高的值。
".提示:关于安全系数的选用请查看文档“安全系数

1.13, 1.18 连接工件材料

从列表中选择连接工件所用的材料,方括号中的数据是材料最小拉伸强度[MPa/ksi]。如果列表右侧的复选框被选中,则所选材料的必要强度参数将自动选择,否则请手动输入材料性质。许用压应力的最小值[1.16, 1.21]用于对固定连接下工件接触面之间的变形进行校核,而对于旋转连接,认为许用应力[1.17, 1.22] 将会降低 (大概到 80%). 扭矩作用下,许用扭应力 [1.23] 用来校核扭转下轴的强度。

警告:材料强度参数根据静止状态下整组材料的最小值实验数据,虽然与实际材料的值非常接近,还是建议您使用材料具体参数或者制造商的技术文献。

连接尺寸设计 [2]

本部分用于选择合适的销及连接尺寸

2.2 销选择

从列表中选择销的形状(标准),其直径和长度已经在标准中加以定义,根据ANSI标准的销尺寸单位为英寸,根据其他标准的尺寸单位为毫米。

标准销选用

提示:如果标准中的销不能满足要求,从列表中选择“用户销”,程序将允许您对其尺寸进行定义。

2.4 销个数

增加销的个数可以传递更高载荷,可以根据连接设计或载荷性质对其进行分布,轴上的纵向轴通常采用对称设计。

备注:该系数只对使用更多销的条件下有效。

2.6 载荷分布系数

由于制造及装配误差,多销连接中的载荷分布可能不均匀。实际载荷区域可能小于理论值,理论与实际载荷区域的比值为载荷分布系数,根据销连接的精确度和数量,该系数一般取0.5~1。

提示:当行[2.5]中的选项按钮可用时,该系数将自动根据制造和装配精确度取值。
警告:装配过程中统一钻制销孔并使用紧定销可以得到均布载荷,此时该系数取1.
备注:该系数只考虑多个销的情况,对于单个销,该系数取1。

2.7 使用系数 (压应力).

该系数用于考虑制造及工作参数对于接触表面形变强度的影响,根据销的类型和连接的载荷性质而定,一般取1~3。

提示:为了便于设计,程序可以自动进行设计。如果行[2.5]中的选项按钮可用,程序将自动根据段[1.8]中的连接参数定义取值。

2.8 使用系数 (弯应力,剪应力)

该系数用于考虑制造及工作参数对于销的弯应力和剪应力的影响,根据销的类型和连接的载荷性质而定,一般取1~3。

提示:为了便于设计,程序可以自动进行设计。如果行[2.5]中的选项按钮可用,程序将自动根据段[1.8]中的连接参数定义取值。

2.9 销材料

从列表中选择销的材料,方括号中的数据是该类型材料的最小拉应力[MPa/ksi]。如果右边选择列表中的复选框被选中,所选材料的强度参数将自动选择,或者可以手动输入材料参数。许用压应力[2.12]用来校核固定连接的变形,在旋转连接中,许用应力[2.13]将会降低(大概到80%)。

警告:所有材料的强度数据是静止状态下实验得出的最小值,虽然与实际材料比较相近,我们还是建议您根据材料说明或产品手册。

2.16 连接尺寸

本部分用于设计连接尺寸。开始连接设计前请输入连接工件的尺寸[2.17, 2.18]并从列表[2.21]中选择合适的销直径,销的最小作用长度 [2.24]将被进行计算,选择实际作用长度[2.23]完成设计。从标准长度[2.22]中选择并确保作用长度[2.25]大于最小长度[2.24]。

提示1:连接尺寸各部分的推荐值见帮助的理论部分。
提示2:为了便于设计,程序可以自动选择合适的销 [2.20],点击“搜索”按钮后程序将自动选择尺寸最小的适用销。

2.20 搜索合适的销

为了便于设计,程序可以自动选择合适的销。点击“搜索”按钮后,程序将自动选择尺寸最小的适用销,按钮“<”和“>”可以用于在标准的尺寸系列中快速切换。选定直径后,程序将自动确定其最佳长度。

2.21 销的尺寸

从标准的尺寸系列中选择销的直径,可以根据由经验判断的尺寸 [2.17]得到的推荐值[2.19]来确定。

提示:如果指定的尺寸范围不在标准销范围内,选择列表[2.2]中的“用户销”,程序将允许你定义销的任何尺寸。

2.22 销的长度许用范围

选定销的长度的最大值和最小值在标准中都有定义。

提示:如果指定的尺寸范围不在标准销范围内,选择列表[2.2]中的“用户销”,程序将允许你定义销的任何尺寸。

2.23 Pin length. 销的长度

从标准范围 [2.22]中选择销的长度,使得作用长度[2.25]大于最小长度[2.24]。

提示:如果指定的尺寸范围不在标准销范围内,选择列表[2.2]中的“用户销”,程序将允许你定义销的任何尺寸。

2.24 销的最小作用长度

对于纵向销,该参数给出了能够安全传递输入扭矩的销的最小作用长度。对于其他类型的销,根据设计连接和连接工件[2.17, 2.18]决定。.

警告:如果最小作用长度超过了标准销长度的范围[2.22],请试着增加销的直径或者使用非标准销。

2.25 销的作用长度

销的作用长度是总长减去销的尾部倒角或四舍五入,对于马蹄钩销,其实际长度是从头部到开孔。

连接的强度校核 [3]

销连接在简化条件下,不考虑压应力影响并适当降低了许用应力。连接部分必须对孔口部分进行强度校核,销根据类型的不同,必须对抗剪强度和抗弯强度进行校核,对于传递扭矩轴,必须进行扭转强度校核。

提示:关于各种销连接的尺寸及校核请查看帮助的理论部分。

3.1 销的剪应力校核

结果安全系数[3.4]根据材料的许用剪应力和计算相对强度的比值确定,计算出的安全系数必须大于设计安全系数[1.12]。

备注:如果结果不合适,试着增加销的直径。

3.5 销的弯应力校核

结果安全系数[3.8]根据材料的许用弯应力和计算相对强度的比值确定,计算出的安全系数必须大于设计安全系数[1.12]。

备注:如果结果不合适,试着增加销的直径。

3.9, 3.13 接触压应力校核

对于各连接部分分别进行形变校核,结果连接安全系数[3.12, 3.16]根据质量最差材料的许用压应力和作用在该部分上的计算相对强度的比值确定。计算出的安全系数必须大于设计安全系数[1.12]。

备注:如果结果不合适,试着增加销的直径或者连接工件的尺寸。

3.17 轴的扭转校核

结果连接安全系数[3.20] 根据轴材料的许用扭转强度和计算相对强度的比值确定,计算出的安全系数必须大于设计安全系数[1.12]。

备注:如果结果不合适,试着减少销的直径或增加轴的直径。

图形输出及CAD系统

关于二维绘图及三维建模的相关信息请查看文档“图形输出及CAD系统”。

设置及语言选项

关于计算参数设置及语言选择请查看 "设置及语言选项"。

工作簿修改 (计算)

关于计算修改或扩展的相关内容请查看 "工作簿修改"。