機械設計基礎第5版-楊可楨等-第10章 螺紋連接2

1、四四 、螺紋連接的預緊和防松、螺紋連接的預緊和防松 （一）利用摩擦力防松（一）利用摩擦力防松 （二）機械防松（二）機械防松 （三）永久防松（三）永久防松 摩擦防松：摩擦防松： 正確正確 不正確不正確 機械防松：機械防松： 永久防松：永久防松： 2.2.單個螺栓的強度計算單個螺栓的強度計算 一、螺栓的失效形式一、螺栓的失效形式 二、二、受拉螺栓的受拉螺栓的強度計算強度計算 三、三、受剪螺栓的受剪螺栓的強度計算強度計算 四、四、常用材料與許用應力：常用材料與許用應力： 一、螺栓的失效形式一、螺栓的失效形式 約約15% 約約20% 約約65% 受拉螺栓受拉螺栓 拉斷拉斷 螺紋塑性變形螺紋塑性變形 受

2、剪螺栓受剪螺栓剪斷、擠壓潰剪斷、擠壓潰 動畫動畫 二、受拉螺栓的強度二、受拉螺栓的強度 F工作工作 拉力拉力 松聯(lián)接松聯(lián)接 緊聯(lián)接緊聯(lián)接 F0預緊預緊 拉力拉力 緊聯(lián)接緊聯(lián)接 F0預緊拉力預緊拉力 F工作拉力工作拉力 F A、松聯(lián)接螺栓強度計算：、松聯(lián)接螺栓強度計算： 工作前，螺栓不受力；工作前，螺栓不受力； 工作后，螺栓受拉力工作后，螺栓受拉力F。 危險截面危險截面d1 4 2 1 d F A F 設計公式設計公式 強度公式強度公式 4 1 F d 螺栓材料的許用應力螺栓材料的許用應力 1) 只受預緊拉力只受預緊拉力Fo的螺栓的螺栓: 5 . 0 16 2 )tan( 3 1 2 d d F

3、 vo F F Fo Fo Ff Ff 第四第四 強度理論強度理論 應力應力 A F o T W T 1 4 2 1 d A 16 3 1 d W T 載荷載荷預緊拉力預緊拉力F0 和和 扭矩扭矩T1 強度公式：強度公式： 3 . 1 A Fo 危險截面危險截面d1 3 . 13 22 v B 緊連接緊連接 設計式設計式 滿足預緊拉力滿足預緊拉力Fo時，螺栓小徑的最小值：時，螺栓小徑的最小值： 3 . 14x Fo d1 條件：適用于條件：適用于M10 M68 的單頭、螺栓。的單頭、螺栓。 預緊拉力預緊拉力F Fo o= =？ 1.31.3是考慮螺紋副中是考慮螺紋副中 扭矩扭矩 的作用而引入的

4、修正系數(shù)的作用而引入的修正系數(shù)。 fmz FK F f o 由被聯(lián)接件不滑移條件決定。由被聯(lián)接件不滑移條件決定。 即：即：Ff ZfFo 而而 Ff mKf 考慮接合面間的可靠性系數(shù)考慮接合面間的可靠性系數(shù) F 2）同時受預緊拉力）同時受預緊拉力Fo和軸向力和軸向力F的螺栓：的螺栓： F F Fo Fo 單個螺栓單個螺栓 工作前預緊工作前預緊 螺栓受力螺栓受力 T1 Fo 1.3 螺栓受力螺栓受力 預緊力預緊力 Fo 螺栓的總拉力螺栓的總拉力 Fa F + Fo？ 工作后：工作后： 軸向力軸向力 F 螺栓的總拉力螺栓的總拉力Fa ： F 軸軸 向向 力力 被連被連 接件：接件： 螺栓：螺栓：

5、拉力拉力F01 壓力壓力Fx 2 2 -2 F F Fo Fo Fo 1 2 Fo F Fr r F Fr r F Fr r F Fr r 1 2 FF FF F F1 1 F F1 1 F F1 1 F F1 1 l l1 1l l )(D D 1 FRFFa )(l l2 2l lD D- - 2 FR壓力壓力 殘余預緊力殘余預緊力 FR FR FR FR 力力變形圖變形圖 FO 12 2 - 1 + FR Fa F FO 被聯(lián)被聯(lián) 接件：接件： 螺栓：螺栓： )(l ll lD D 1 FRFFa )(l ll lD D- - 2 殘余預緊力殘余預緊力FR 靜不定靜不定 （超靜）（超靜）

6、 2 2 1 1 l l l l p p F C F C 連接件剛度連接件剛度C1： 被連接件剛度被連接件剛度C2： 力平衡條件力平衡條件Fa = F + FR 變形協(xié)調(diào)條件變形協(xié)調(diào)條件 1 =2 物理條件物理條件 1 C FoFa D Dl l1 1 2 C FRF0 - - D Dl l 螺栓總拉力螺栓總拉力 F CC C FoFa 21 1 )( 相相 對對 剛剛 度度 被聯(lián)接件的壓力被聯(lián)接件的壓力 21 CC C2 FR= FO - - F （ ） - - 聯(lián)立聯(lián)立 2 討論：討論：a. 相對剛度相對剛度 2 - 1+ FR Fa F Fo F CC C 2 1 2 F CC C 21

7、 1 C2比比C1影響大影響大,外力分給被聯(lián)接件多好外力分給被聯(lián)接件多好? 促使促使 C2 C1， ， 21 1 CC C 金屬墊片金屬墊片0.20.3 皮革墊片皮革墊片0.7 銅皮石棉墊片銅皮石棉墊片0.8 橡膠墊片橡膠墊片0.9 F CC C 2 1 1 螺栓可細、小螺栓可細、小, 在允許的條件下在允許的條件下, 用剛度大的墊圈用剛度大的墊圈 C1 F C2 多個螺栓多個螺栓, 細螺栓布局細螺栓布局 討論：討論：b. b.（2 2 - -）被聯(lián)接件緊密性被聯(lián)接件緊密性 (2 -)0， （2 -) = 0， 此件密閉此件密閉(有壓應力有壓應力) FR某值某值 (2 -) 0， 此件貼合此件貼

8、合(無壓應力無壓應力) FR= 0 此件有縫隙此件有縫隙 FR 0 靜力強度條件靜力強度條件: 4 3 . 1 2 1 d Fa 設計公式設計公式: 3 . 14x Fa d1 F CC C FR 21 1 )( FFRFa F CC C FRF0 21 2 )( Fa 軸向力軸向力F為交變載荷：為交變載荷： 最大載荷最大載荷(靜靜)強度強度: 強度條件強度條件 應力幅應力幅: 重要的聯(lián)接用安全系數(shù)重要的聯(lián)接用安全系數(shù): 4 3 . 1 2 1 d Fa 4 2/ )( 2 1 a o a d FFa - FP F CC C mb b F Fo Fa 時間時間變形變形 三、受剪螺栓的強度計算三

9、、受剪螺栓的強度計算 F /2 F F /2 h3 h1 h2 兩兩d0中取大。中取大。 設計公式：設計公式： min 0 p L F d 4 0 m F d 螺栓受剪切力螺栓受剪切力F 剪切剪切 4 2 0 d m F 擠壓擠壓 min0 pp Ld F 強度公式：強度公式： 聯(lián)接中弱者聯(lián)接中弱者 螺栓的螺栓的 L=h2 L=h1+h3 中取小值中取小值 動畫動畫 四、常用材料與許用應力：四、常用材料與許用應力： 螺栓材料：螺栓材料： 低碳鋼低碳鋼Q215，10號鋼號鋼 中碳鋼中碳鋼Q235，35，45號鋼號鋼 合金鋼合金鋼15Cr，30CrMnSi 常用材料：常用材料： 要求：要求： 強度

10、高，強度高， 韌性好，可塑性好韌性好，可塑性好 工藝性好工藝性好 特殊用途：特殊用途： 耐酸耐酸CrNi 耐高溫耐高溫 CrMo 導電導電銅鋁合金銅鋁合金i 螺栓強度等級：螺栓強度等級： 螺栓、螺柱及螺釘?shù)男阅艿燃壉砺菟?、螺柱及螺釘?shù)男阅艿燃壉?-8 國標規(guī)定，按機械性能分為十級。國標規(guī)定，按機械性能分為十級。 由兩位數(shù)字表示，如由兩位數(shù)字表示，如 3.6, 4.6 12.9 小數(shù)點前小數(shù)點前,如如 4.6的的 4=Blim/100, Blim =400Mpa Slim=(6400)/10=240Mpa 小數(shù)點后小數(shù)點后,如如 4.6的的)(106 lim lim B S 螺母也有等級標準。而

11、墊片等其他件均以等螺母也有等級標準。而墊片等其他件均以等 強度原則確定。強度原則確定。 4強度極強度極,6屈服極屈服極 許用應力：許用應力： 安全系數(shù)安全系數(shù)S 與以下與以下因素因素有關：有關： S s S 由強度由強度 等級確定等級確定 聯(lián)接性質(zhì)聯(lián)接性質(zhì) 松聯(lián)接松聯(lián)接 緊聯(lián)接緊聯(lián)接 靜載荷靜載荷 載荷性質(zhì)載荷性質(zhì) 變載荷變載荷 重要程度重要程度 控制預緊力控制預緊力 不控制預緊力不控制預緊力 螺栓類型螺栓類型 受拉螺栓受拉螺栓 受剪螺栓受剪螺栓 碳鋼碳鋼 材質(zhì)材質(zhì) 合金鋼合金鋼 已知：螺栓橫向力已知：螺栓橫向力 =1175NKf = 1.3 f = 0.15 不控制預緊力不控制預緊力,螺栓為

12、螺栓為4.6級。求螺栓直徑。級。求螺栓直徑。 用受剪螺栓用受剪螺栓 MPa S s 96 5 . 2 240 mmd9 . 3 11754 0 d0 = 4 M = 3 用受拉螺栓用受拉螺栓MPa S s 60 4 240 N f FK F f 11057 15. 0 11753 . 1 max 0 mm F d p 88.16 3.14 1 M20 d1=17.29mm P 例：例： 討論討論: 上例可知上例可知, 受拉螺栓使用方便受拉螺栓使用方便, 但比受剪但比受剪 螺栓結構大。螺栓結構大。 組合應用：組合應用： 控制預緊力時緊螺栓連接的安全系數(shù)控制預緊力時緊螺栓連接的安全系數(shù) S=1.2 1.5 不控制預緊力時緊螺栓連接的安全系數(shù)：不控制預緊力時緊螺栓連接的安全系數(shù)：