[发明专利]销耳应力计算方法及设计流程

摘要

本发明涉及销耳应力计算方法，销轴在结构设计上有许多应用，如机械工程上的连杆、桥梁上的销耳式斜拉索等；销轴连接的耳板、销轴属于接触结构，本身的局部应力复杂，销轴和销耳之间属于接触应力，销耳本身有开孔应力集中。本申请从整体出发，推导出统一的应力函数关系，并统一构造设计流程，推荐合理的构造参数，避免销轴连接出现常见的6种破坏形式，供相关行业制定自己的规范时参考。

主权项

一种销耳应力计算方法，其特征在于：考虑到耳板的厚度和平面尺寸相比较小，利用平面应力分析方法来确定耳板的应力函数，采用极坐标来求解，计算坐标系如图6所示：在本文中采用接触系数K来统一，K值按照楔形体楔顶集中力的米歇尔公式来确定，销轴的接触应力可以采用米歇尔公式来定义：米歇尔公式，楔形体楔顶集中力作用下的径向应力，接触系数K＝α+sinα，有效范围在α内，销耳在接触点的径向应力与米歇尔公式大小相同，方向相反，销耳承受x正方向拉力，所有的微元体主要位移是往x轴正方向，同时由于侧向收缩系数μ的影响，微元体横向往x轴收缩，在x轴上的微元体没有y方向的位移；该模型为对称结构受对称荷载，σr、σθ的函数为正对称函数，τ函数为正对称函数，τrθ＝τθr为反对称函数，故对于对称轴y＝0，有τrθ＝τθr＝0；考察接触应力的量纲系统为L‑1MT‑2，F的量纲系统为MT‑2，各应力分量只可能取的形式，N为量纲为1的数量；故应力函数形式为Φ(r，θ)＝f(r)·cosθ   (l)不计单元体力，应力函数满足调和方程：展开得：求解微分方程得：对应力函数求偏导：代入(1)、(4)到(5)、(6)、(7)式，化简得：边界条件：1、销轴和销耳接触区径向应力大小相等，方向相反：2、在销耳边界b上，无外力荷载，故：σr(r＝b)＝0   (12)τrθ(r＝b)＝τθr(r＝b)＝0   (13)3、根据位移对称条件，在销耳的上半部分，在半径为b，角度为π的位置，σθ＝0σθ(r＝b，θ＝π)＝0   (14)根据三个边界条件，列出的待定系数方程如下：‑2A+2Bb4+Db2＝0   (15)2A+6Bb4+Db2＝0   (17)求解出方程的三个待定系数结果如下故求解出的销耳应力分量如下：接触系数K＝α+sinα   (24)求解出的销耳最大应力公式为：销耳的最小应力公式为：根据应力公式，最大应力点均处于销耳内边界上，计算公式中r＝a；得出应力三分量的最大值分别为：根据应力分量的公式，销耳的最大应力位置有三处需要判断，一是x轴沿力P方向与销棒接触点的最大径向接触应力组合该处的环向应力；二是在y轴处的最大剪应力；三是该点以下局部位置最大应力组合。