輕便導(dǎo)線接繼器的強(qiáng)度校核

彭朝暉

（湖南新成機(jī)器有限責(zé)任公司，湖南株洲 412007）

輕便導(dǎo)線接繼器的強(qiáng)度校核

彭朝暉

（湖南新成機(jī)器有限責(zé)任公司，湖南株洲 412007）

輕便導(dǎo)線接繼器是電力輸送向前發(fā)展的產(chǎn)物，將它代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電線接頭，有方便、簡(jiǎn)捷、承載力大、美觀等特點(diǎn)。以LGI－70輕便導(dǎo)線接繼器為例，進(jìn)行強(qiáng)度校核。

輕便導(dǎo)線接繼器;LGI－70輕便導(dǎo)線接繼器;強(qiáng)度校核

輕便導(dǎo)線接繼器是電力輸送向前發(fā)展的產(chǎn)物，將它代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電線接頭，有方便、簡(jiǎn)捷、承載力大、美觀等特點(diǎn)。根據(jù)電纜線的不同，接繼器的型號(hào)也多種多樣，在此以LGI－70輕便導(dǎo)線接繼器為例，進(jìn)行強(qiáng)度校核，其他型號(hào)的接繼器可參考本文計(jì)算進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)。圖1為LGI—70輕便導(dǎo)線接繼器簡(jiǎn)圖。

圖1 LGI—70輕便導(dǎo)線接繼器簡(jiǎn)圖

根據(jù)接繼器裝配結(jié)構(gòu)可知，接繼器強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)包括如下內(nèi)容：夾爪強(qiáng)度分析、殼體直徑部應(yīng)力集中處（16—SR2）強(qiáng)度校核、殼體錐面強(qiáng)度校核。

1 夾爪強(qiáng)度校核

夾爪通過齒面與導(dǎo)線咬合，在外載作用下兩者緊固于一體，在緊密接觸區(qū)發(fā)生固相焊合，形成“冷焊”結(jié)點(diǎn)，此時(shí)夾爪與導(dǎo)線可視為一個(gè)整體，顯然聯(lián)合體的強(qiáng)度必定大于導(dǎo)線的強(qiáng)度。而根據(jù)強(qiáng)度校核的條件，要求導(dǎo)線實(shí)際拉力（N實(shí)）小于計(jì)算拉力（許用拉力）才能進(jìn)行校核結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。由上分析可知，夾爪強(qiáng)度一定符合要求。［1］

2 殼體直徑部應(yīng)力集中處（16—SR2）強(qiáng)度校核

已知：殼體直徑部?jī)?nèi)徑r1=15．5mm，外徑r2= 17．5mm，鋁管LY11，σs=108～206MPa，σb=206～412MPa。計(jì)算得拉力F=23390N，應(yīng)力集中處小窩球面半徑SR=2mm。

而橫截面積A=π（r22－r12），代入數(shù)據(jù)得A= 207．24mm2，殼體受拉正應(yīng)力σ=F/A=112．86MPa。

參考機(jī)械設(shè)計(jì)軸上環(huán)槽處理論應(yīng)力集中系數(shù)，SR/r2=2/17．5=0．114，D/d=17．5/15．5=1．13。

又16孔小孔均布，取Kσ=1．5，則［σ］=σs/ Kσ=108～206/1．5=72～137．3MPa，因而［σ］＜σs，可看出當(dāng)外載達(dá)到許用拉力時(shí)殼體可能產(chǎn)生塑性變形。

但［σ］b=σb/Kσ=206～412/1．5=137．3～274．7，得［σ］b＞σ。

由于［σ］＜σ＜［σ］b，可見，在外載作用下殼體直徑部處于彈塑性狀態(tài)。［2］

3 殼體錐面強(qiáng)度校核

因?yàn)闅んw錐面外力來自夾爪提供的摩擦力，而夾爪在工作狀態(tài)下并非理想圓柱形，所以提供給殼體的力僅是軸對(duì)稱分布，而在殼體部分分布并不均勻，故為計(jì)算方便，須作如下假設(shè)：

1）殼體錐面形狀為理想的圓錐筒形;

2）材料是勻質(zhì)和各向同性的;

3）錐筒承受的徑向力計(jì)算時(shí)按均勻分布，但在實(shí)際情況下須考慮力分布不勻影響系數(shù)。

在工作狀態(tài)下為靜載荷，各質(zhì)點(diǎn)處于靜力平衡狀態(tài)。［3］

假設(shè)殼體承載情況下受外力為F，則：

沿錐面切線方向分力P1=Fcosθ

沿錐面法線方向分力P2=Fsinθ

夾爪錐面面積S=πl(wèi)（R+r）

其中：l——錐面母線長，R——大頭半徑，r——小頭半徑。

將P1、P2化為單位面積上受力，得：

其中：F——外載荷力（N），r1、r2——接觸面任一截面處內(nèi)、外半徑，l——夾爪母線長。

取接觸面上某截面進(jìn)行分析，沿錐面切線方向應(yīng)力為：

對(duì)于沿錐面法線方向應(yīng)力，先沿錐面法線建立坐標(biāo)系，如圖2所示，P2為正壓力，R、r+dr為相鄰兩圓柱面半徑，dθ為兩相鄰徑向面夾角，abcd為任取單元體，u、u+du為單元體沿法面位移。

圖2 應(yīng)力示意圖

因?yàn)樽冃螌?duì)圓錐軸線是對(duì)稱的，所以筒內(nèi)各點(diǎn)沿法線方向位移u只與r有關(guān)，與θ無關(guān)。

變形后單元體ad移至a`d`，得周向應(yīng)變?yōu)椋?/p>

（1）中又因位移u是r的函數(shù)，在ab邊上a的徑向位移為a，則b的徑向位移為u+du。［4］

a點(diǎn)沿半徑方向的應(yīng)變?yōu)椋?/p>

考慮靜力平衡關(guān)系，如圖3所示。σr為法向應(yīng)力，σθ為周向應(yīng)力。

圖3 截面應(yīng)力關(guān)系圖

據(jù)軸對(duì)稱性質(zhì)，同樣σr、σθ都只是r的函數(shù)與θ無關(guān)。

將作用于單元體上的應(yīng)力投影于r軸上得：

將邊界條件代入（9）式解得A、B，并代回（9）式，得應(yīng)力計(jì)算公式：

以LGI—70接繼器為例，代入數(shù)據(jù)作強(qiáng)度校核分析。

已知：F=23390N，θ=2．5°，P2=Fsinθ/S= Fsinθ/πl(wèi)（R+r），其中R、r分別為夾爪與殼體接觸面兩端半徑，l為夾爪母線長。

據(jù)實(shí)測(cè)，夾爪小頭端面至殼體小頭端面距離為65mm，再根據(jù)殼體零件可得：

因?yàn)樵趓=r1處σθ、σr都是同時(shí)達(dá)到極值，如圖4所示。

圖4 截面應(yīng)力分布圖

σθ、σr在r=r1處達(dá)到極值后，若外力再增大，則殼體從內(nèi)至外將逐漸由彈性狀態(tài)到彈塑性狀態(tài)，再到完全塑性狀態(tài)，最后破裂。［5］

故此取r=r1（即假設(shè)處于彈性），則（11）式變?yōu)椋?/p>

小頭強(qiáng)度校核：距殼體端面65mm處，r1=9．5mm =r，r2=13mm。

將各已知條件代入（12）式得：

στ=94．46MPa，σθ=0．392MPa，σr=－0．119MPa

根據(jù)第四強(qiáng)度理論公式，令σ1=στ，σ2=σθ，σ3=σr，可得：

代入數(shù)據(jù)σca=94．32MPa，其中σca為計(jì)算應(yīng)力。

因LY11鋁管σs=108～206MPa，可得：

大頭接觸處強(qiáng)度校核，可知r1=14．47mm，由零件圖可算出r2=18mm。

將已知條件代入（12）式得：

根據(jù)第四強(qiáng)度理論公式，令σ1=στ，σ2=σθ，σ3=σr，代入數(shù)據(jù)可得σca=64．52MPa。

因LY11鋁管σs=108～206MPa，可得：

4 結(jié)論

綜合以上三項(xiàng)強(qiáng)度分析，可看出：

1）殼體直徑部（包括應(yīng)力集中處）強(qiáng)度基本合格，但當(dāng)外載達(dá)到計(jì)算拉力時(shí)，殼體可能處于彈塑性狀態(tài)，甚至引起塑性變形。

2）殼體錐面強(qiáng)度，接觸部分從小到大強(qiáng)度逐漸升高，但均可滿足要求。

因此，可以論證殼體結(jié)構(gòu)合理，錐面角度θ選擇恰當(dāng)，尺寸選擇可達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

［1］程光仁，潭儀容．機(jī)械設(shè)計(jì)［M］．南京：南京理工大學(xué)出版社，1993．

［2］劉鴻文．材料力學(xué)［M］．北京：高等教育出版社，2004．

［3］全國術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)．GB 1179－83［S］．北京：全國術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)，1983．

［4］吳宗澤．機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)［M］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010．

［5］邱關(guān)源．電路分析［M］．北京：高等教育出版社，2006．

［編校：鄧桂萍］

The Strength Check of Portable W ire Relay Device

PENG Zhaohui
（Hunan Xincheng Machine Co．，Ltd．，Zhuzhou Hunan 412007）

As the product of the development of electric power，the portable wire relay device is characterized by its convenience，simplicity，aesthetic appearance，high bearing capacity，etc．，so it can replace the traditionalwire joint．This paper uses LGI－70 lightwire relay device as an example to check the strength．

portable wire relay device;LGI－70 lightwire relay device;strength check

F273．7

A

1671－9654（2011）04－055－04

2011－11－15

彭朝暉（1969－），男，湖南寧鄉(xiāng)人，工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)與制造。