钣金件结构设计准则二
1 引言 在薄板件结构设计准则(一) 一文中, 作者提出了七条薄板件的结构设计准则: 简单形状准则, 节省原料准则, 足够强度刚度准则, 可靠冲裁准则,避免粘刀准则, 弯曲棱边垂直切割面准则, 平缓弯曲准则。本文在上文的基础上再推荐七条薄板件的结构设计准则。
2 结构设计准则 2. 1 避免小圆形卷边准则 薄板构件的棱边常用卷边结构, 这有多项好处。(1) 加强了刚度; (2) 避免了锋利的棱边; (3) 美观。但卷边应注意两点, 一是半径应大于115 倍的板厚; 二是不要完全的圆形, 这样加工起来困难,图1b 和图2b 所示的卷边比各自a 所示的卷边易加工。
2. 2 槽边不弯曲准则 弯曲棱边和槽孔棱边要相距一定的距离, 推荐值是弯曲半径加上2 倍的壁厚。弯曲区受力状态复杂, 且强度较低。有缺口效应的槽孔也应排除在这个区域以外。既可以将整个槽孔远离弯曲棱边, 也可以让槽孔横跨整个弯曲棱边(见图3 和图4)。
2. 3 复杂结构组合制造准则 空间结构过于复杂的构件, 完全靠弯曲成形比较困难。因此尽量将结构设计得简单一些, 在非复杂不可的情况下, 可用组合构件, 即将多个简单的薄板构件用焊接, 螺栓连接等方式组合在一起。图5 是一个
纯弯曲成形的结构。图6 是对应于图5 的改进结构。后者比前者加工容易。图7b 的结构比其图7a 的结构易加工。
2. 4 避免直线贯通准则 薄板结构有横向弯曲刚度较差的缺点。大平板结构易屈曲失稳。进一步还会弯曲断裂。通常用压槽来提高其刚度。压槽的排列方式对提高刚度的效果影响很大, 压槽排列基本原则是避免无压槽区域直线贯通。贯通的低刚度窄带易成为整个板面屈曲失稳的惯性轴。失稳总要围绕一个惯性轴, 因此, 压槽的排列要切断这种惯性轴, 使它越短越好。图8a 所示的结构, 无压槽区域形成多条贯通的窄条。围绕这些轴, 整个板的弯曲刚度没有改进。图8b 所示结构没有潜在的连通失稳惯性轴, 图9 列出了常见的压槽形状和排列方式, 从左到右刚度增强效果逐渐加大, 不规则排列是避免直线贯通的有效方法(见图10)。
2. 5 压槽连通排列准则 压槽的终点疲劳强度低是薄弱环节, 如果压槽连通, 其部分终点将消灭。图11 是一个卡车上的电瓶箱, 它受动载作用, 图11a 结构在压槽端都产生了疲劳破坏。而图11b 结构就不存在这一问题。
陡峭的压槽端面应避免(见图12) ,
可能的情况下压槽延至边界(见图13)。
压槽的贯通消除了薄弱的端部。但压槽的交汇处要有足够大的空间,使得各压槽之间的相互影响减少(见图14)。
2. 6 空间压槽准则 空间结构的失稳不只限于某一方面, 因此, 只在一个平面上设置压槽不能达到提高整个结构抗失稳能力的效果。例如图15 和图16 所示的U 型和Z 型结构, 它们的失稳会发生在棱边附近。解决这个问题的方法是将压槽设计成空间的(见图15b、16b 结构。)
2. 7 局部松驰准则 薄板上局部变形受到严重阻碍时会出现皱折。解决的办法是在皱折附近设置几个小的压槽,这样减低局部刚度, 减少变形阻碍(见图17)。
资料来自于 杨文彬(南京化工大学
南京 210009) ---------------黄勇整理 2008-2-25
钣金件结构设计准则
