铆接设计实例：3.6.1案例分享

题1：设计如图3-6所示的两块板组成的单排搭接铆缝：已知拉力F=25kN，被连接件的板为45钢，厚度δ=2.54mm，板边为切割边，按强固铆缝考虑，试求：

1）选择铆钉类型、个数、材料、热处理方式及确定许用应力。

2）计算铆钉直径。

3）确定铆钉长度。

4）确定铆钉间距t以及板边距e₁、e₂。

5）确定钢板宽度b。

6）确定铆接方法。

解：

1.选择铆钉类型、个数、材料、热处理方式及确定许用应力

可采用最广泛使用的半圆头铆钉，单排，参考表3-1半圆头铆钉的尺寸规格，考虑受力均匀，不宜采用过多的铆钉个数，最少为2个，本例取3个。

查表3-5铆钉材料及其热处理和表面处理：考虑没有特殊要求，选碳钢，初选铆钉材料为Q215。退火处理。查表3-6组成强固铆缝各元件的静载许用应力：许用拉应力为[σ]=200MPa，许用挤压应力为[σ_P]=400MPa，许用切应力为[τ]=180MPa。

图3-6 铆接设计题1图

2.计算铆钉直径

由铆钉的剪切强度条件可得铆钉所需最小直径d_min，即

查表3-1半圆头铆钉的尺寸规格，取铆钉直径d=8mm；查表3-2铆钉用通孔直径，按精装配：钉孔直径为8.2mm。

3.确定铆钉长度

查表法：查表3-3半圆头铆钉长度的选择：因为∑δ=2×2.54mm=5.08mm，按6mm取；铆钉直径d=8mm，因此铆钉长度为：l=16mm。

计算法：l≈1.1∑δ+1.4d=[1.1×（2×2.54）+1.4×8]mm=16.788mm，查表3-3半圆头铆钉长度的选择，圆整到标准长度，取l=16mm。

4.确定铆钉间距t以及板边距e₁、e₂

（1）确定铆钉间距t：

查表3-4铆钉间的距离，按钉并列考虑，计算最大、最小距离。

最大值为：t_max=8d₀=8×8.2mm=65.6mm及t_min=12δ=12×2.54mm=30.48mm，本例取上述中的小值，即：t_max=12δ=12×2.54mm=30.48mm。

最小值为：t_min=3d₀=3×8.2mm=24.6mm。

综上考虑，本例铆钉间距t=25mm。

（2）确定板边距e₁、e2

1）求平行于载荷方向的距离e₁。查表3-4铆钉间的距离：计算公式为：

再按查表3-4铆钉间的距离，即

综合考虑，为了使结构紧凑，本例取平行于载荷方向的距离e₁=16mm。

2）求垂直于载荷方向的距离e₂。查表3-4铆钉间的距离，即

因为题目给出板边为切割边，因此查表3-4计算出e₂，即

再按查表3-4铆钉间的距离，即

综合考虑，为了使结构紧凑，本例取垂直于载荷方向的距离e₂=16mm。

3）板边距e₁的校核计算。由板边剪切强度条件计算板边距e₁，即

圆整后可取e≥12mm的整数，以上计算：e₁=16mm＞e_min=12mm，因此平行于载荷方向的距离e₁抗剪强度足够。

也说明按GB 50017—2003计算得到的e=15mm是合理的。

垂直于载荷方向的距离e₂=16mm＞12mm，e₂强度足够，一般也无需进行强度校核。

讨论：从本例题的计算结果可以看出：对于一般用途的铆钉连接，只需按表3-4铆钉间的距离计算出的板边距e₁、e₂强度已经足够了，因此可以不必再按强度公式进行校核计算。

5.确定钢板宽度b

（1）由结构求出钢板宽度b

从图3-6可求出钢板宽度b，即

（2）验算钢板抗拉强度

由抗拉强度可得钢板宽度b，即

因此取钢板宽度b=82mm＞b_min=73.81mm，完全满足抗拉强度。

6.确定铆接方法

因为铆钉钉杆直径＜10mm，因此采用冷铆方法，一般大于10mm采用热铆方法。

题2：如图3-7所示为单搭板对接铆缝，铆钉个数为每排3个，板厚δ=3mm，钢板边缘为轧制边，板材料采用普通碳素钢Q235，铆缝强度系数若载荷F=15kN，按强固铆缝考虑，试设计该铆接连接，包括如下内容：

1）选择铆钉材料、试确定铆钉类型。

2）确定铆钉直径。

3）确定铆钉钉距t。

4）确定板边距e₁、e₂。

5）试确定板宽b。

6）求出铆缝强度系数。

7）分析铆缝中哪方面强度最弱。(www.xing528.com)

8）若要求铆缝强度系数φ=80%，试确定板宽b。

图3-7 铆接设计题2图

解：

1.选择铆钉材料、试确定铆钉类型

因无特殊要求，本题被连接板的材料采用普通碳素钢Q235，因此铆钉材料考虑碳钢价格低，参考表3-5铆钉材料及其热处理和表面处理，选择Q215。

铆钉类型参考表3-1半圆头铆钉的尺寸规格，采用最广泛使用的半圆头铆钉。

2.确定铆钉直径

由铆钉的抗剪强度条件可得铆钉直径d。

由表3-6组成强固铆缝各元件的静载许用应力：查出铆钉的许用拉应力[σ]=200MPa，许用挤压应力[σ]_P=400MPa，许用剪切应力[τ]=180MPa。代入强度公式求出铆钉所需最小直径d_min，即

查表3-1半圆头铆钉的尺寸规格，取铆钉直径d=6mm；查表3-2铆钉用通孔直径，因直径较小，选精装配：铆钉孔直径为d₀=6.2mm。

3.确定铆钉钉距t

查表3-4铆钉间的距离，按钉并列考虑，计算最大、最小距离。

最大值为

本例取上述中的小值，即：

最小值为

综上考虑，再考虑尽量结构紧凑，本例题取铆钉间距t=20mm。

4.确定板边距e₁、e₂

（1）求平行于载荷方向的距离e₁

查表3-4铆钉间的距离：

计算公式为：

再按查表3-4铆钉间的距离，即

综合考虑，为了使结构紧凑，本例取平行于载荷方向的距离e₁=12mm。

（2）求垂直于载荷方向的距离e₂

查表3-4铆钉间的距离：

计算公式为

因为题目给出板边为轧制边，因此查表3-4计算出e₂，即

再按查表3-4：

综合考虑，为了使结构紧凑，本例取垂直于载荷方向的距离e₂=10mm。

（3）板边距e₁的校核计算

由板边抗剪强度条件计算板边距e₁，即

由（1）计算得：平行于载荷方向的距离e₁=12mm＞e_min=7.23mm，因此抗剪强度足够。也说明按GB 50017—2003计算得到的e₁=12mm是合理的。

垂直于载荷方向的距离e₂=10mm＞e_min=7.23mm，强度足够，e₂一般也无需进行强度校核。

5.确定板宽b

（1）由结构求出钢板宽度b

从图3-7可求出钢板宽度b，即

（2）验算钢板抗拉强度

由抗拉强度可得钢板宽度b，即

因此取钢板宽度b=60mm＞b_min=43.6mm，满足抗拉强度。

6.求铆缝强度系数φ

7.分析铆缝中哪方面强度最弱

1）铆钉的剪切承载力：

2）钉孔的挤压承载力：F₂=Zd₀δ[σ]=3×6.2×3×400kN=22.32kN

3）板的拉伸承载力：F₃=（b-Zd₀）δ[σ]=（60-3×6.2）×3×200kN=24.84kN

4)板边剪切承载力：

相比之下，铆钉的剪切承载力F₁和钉孔的挤压承载力F₂较小，可见：铆钉抗剪强度和钉孔的挤压承载力较弱。

8.若要求铆缝强度系数φ=80%时的板宽b

因为铆缝强度系数所以板宽b为：