金屬結構

本書是《工程機械設計與維修叢書》之一。

書中結合作者多年教學經驗與科研成果，將金屬結構的傳統設計方法與現代設計方法有機地結合起來，具有更鮮明的時代特點。本書特點為圖文並茂，結構完整，重點突出，內容新穎，通俗易懂，理論、科研、實踐相結合，適用面廣。

本書以模塊的形式分別介紹了工程機械金屬結構的分類，金屬結構材料的選擇，金屬結構設計計算基礎，金屬結構的連接技術，典型金屬結構部件設計及檢測實驗方法等，並且突出介紹了工程機械金屬結構國內外最新技術以及現代設計方法在工程機械金屬結構中的應用。 ^[1] 

第1章概述1

11工程機械金屬結構的發展1

12工程機械金屬結構的分類2

第2章工程機械金屬結構的材料5

21工程機械金屬結構常用材料的分類、代號和基本特性5

211常用材料分類5

212工程機械金屬結構常用材料的基本特性9

22工程機械金屬結構材料性能的影響因素15

23工程機械金屬結構材料選擇18

第3章工程機械金屬結構設計基礎21

31工程機械金屬結構設計原則21

32工程機械金屬結構設計方法22

321金屬結構設計的特點22

322設計步驟22

323結構設計的許用應力法24

324金屬結構極限狀態設計法33

325現代設計法簡介33

第4章工程機械金屬結構連接形式及設計35

41連接的基本概念和方法35

42焊接的基本特點35

421焊接的種類和焊接工藝35

422焊接接頭的形式36

43焊接焊縫設計和計算39

431焊縫種類與構造39

432焊縫的標註41

433焊縫設計和計算44

44焊接質量56

45螺栓連接58

451普通螺栓59

452高強度螺栓66

46鉚釘連接69

461鉚縫的種類特點和應用70

462鉚釘的主要類型70

463鉚縫的受力及其破壞形式70

464鉚釘的長度72

465鉚釘設計注意的問題73

47銷軸連接73

471銷軸的計算74

472銷孔拉板的計算74

第5章軸向受力構件和柱的設計76

51軸向受力構件在工程機械金屬結構中的應用76

52拉壓構件的設計和計算77

521軸心受拉構件的設計和計算77

522軸心受壓構件的設計和計算79

53偏心受力構件的設計和計算93

531偏心受拉構件的設計和計算93

532偏心受壓構件的設計和計算94

54變截面柱的設計99

55工程示例100

551一般算法100

552ANSYS分析計算102

第6章梁構件設計111

61梁構件的類型和截面形式111

62焊接組合梁的設計112

621焊接組合梁的截面選擇和質量計算112

622焊接組合梁的強度、剛度計算118

623梁的翼緣板與腹板的連接計算120

624焊接組合梁的拼接122

625梁與其他構件的連接124

63焊接梁構件的整體穩定性126

64焊接梁構件的局部穩定性131

641梁中薄板局部失穩的概念131

642薄板的局部穩定性計算和加強措施132

65算例147

651傳統計算147

652ANSYS優化分析153

第7章桁架164

71桁架的結構特點、分類和應用164

72桁架的外形、腹杆體系及主要參數165

721桁架的外形165

722桁架的腹杆體系166

723桁架主要參數確定167

73桁架杆件的內力計算168

731杆件軸向內力計算168

732桁架弦杆的局部彎曲168

74桁架杆件的截面設計171

741杆件的截面形式171

742杆件截面的設計原則173

743杆件截面的選擇與驗算174

75桁架的節點設計179

751節點的構造要求179

752節點計算182

76桁架設計舉例185

761傳統計算方法185

762ANSYS分析計算188

第8章起重機吊臂193

81概述193

82桁架式吊臂194

821桁架式吊臂的結構形式194

822桁架式主臂受力分析198

823桁架式吊臂的剛度分析202

824桁架式吊臂的最不利傾角203

825桁架式吊臂性能分析203

83箱形伸縮式吊臂210

831箱形伸縮吊臂結構211

832伸縮吊臂受力分析214

833箱形伸縮臂的剛度校核216

834伸縮臂的強度校核221

第9章裝載挖掘機械典型工作裝置設計225

91裝載機剷鬥的設計226

911載荷工況及剷鬥受力分析227

912剷鬥的平衡方程式228

92裝載機動臂連桿設計229

921動臂229

922連桿機構的設計232

923工作裝置受力分析233

924工作裝置強度分析234

93六連桿機構優化舉例236

94液壓挖掘機工作裝置設計241

941液壓挖掘機反剷工作裝置241

942反剷工作裝置的載荷分析和強度計算245

95挖掘機反剷裝置實例分析247

951反剷裝置的受力分析247

952有限元分析的前處理過程249

953求解計算、結果的處理和分析250

第10章典型工程機械底盤金屬結構部件設計254

101起重機轉枱和底架254

1011起重機轉枱254

1012起重機底架258

102裝載機車架262

1021裝載機車架形式262

1022鉸接式車架鉸點的結構形式263

1023裝載機車架槽鋼大梁264

1024車架有限元分析實例265

103挖掘機底架和轉枱267

1031挖掘機底盤的構成268

1032履帶式行走架268

1033輪胎式底架271

1034挖掘機轉枱的設計274

第11章工程機械駕駛室設計276

111工程機械駕駛室的造型與結構設計276

1111設計要求276

1112造型設計276

1113結構設計278

1114舒適性設計280

1115薄板件和型材成形工藝性設計281

1116駕駛室的塗覆設計281

112工程機械駕駛室安全結構設計282

1121駕駛室安全結構設計的必要性及國內外研究概況282

1122ROPS和FOPS的結構類型及功能283

1123輪式裝載機安全駕駛室的設計準則285

1124整體式ZL50輪式裝載機ROPS和FOPS設計287

113四立柱ROPS和FOPS設計和有限元分析實例292

1131ROPS和FOPS有限元模型292

1132有限元分析結果293

附錄298

附表1軸心受壓構件的穩定係數298

附表2偏心受壓構件的穩定係數（摘自TJ 17—74）300

參考文獻304 ^[1] 

工程機械是我國國民經濟重要支柱產業之一。工程機械種類繁多，應用十分廣泛。隨着全球市場國際化的飛躍，工程機械發展迅猛異常，新的理念、新的技術、新的工藝、新的材料不斷給予工程機械新的生命力，因而工程機械行業的工程技術人員隨之面臨着新的挑戰和考驗。

對工程機械、建築機械以及港口運輸機械等而言，金屬結構部件佔整機總質量的35%~90%，因而其設計的理念和方式直接影響着整機的力學性能和經濟指標。同時隨着技術的進步，傳統的設計和實驗手段、方法已經滿足不了設計上的要求。因此，我們在編寫的過程中力求將金屬結構的傳統設計方法與現代設計方法有機地結合起來，將國內外最新研究成果反映出來，希望能夠為促進我國工程機械的發展有所幫助，解決當前工程機械類圖書匱乏的現狀。本書不僅可以作為工程機械行業廣大設計和研究、維護人員的參考資料，同時也可作為高校工程機械類專業的教材。

本書是《工程機械設計與維修叢書》之一。

書中結合作者多年教學、科研成果，重點介紹了工程機械金屬結構國內外最新技術以及現代設計方法在工程機械金屬結構中的應用。

全書共分11章。第1章介紹了工程機械金屬結構的發展、分類以及加工工藝；第2章講述了金屬結構的材料；第3章為金屬結構設計計算基礎；第4~6章詳細闡述了金屬結構的連接技術、典型金屬結構部件設計及檢測實驗方法；第7~11章重點講解了現代設計方法在工程機械結構中的應用。其特點為結構完整，重點突出，圖文並茂，內容新穎，通俗易懂，理論、科研、實踐相結合，適用面廣。 ^[1]