機械設(shè)計 螺紋連接

1、5-5 螺栓組聯(lián)接的設(shè)計螺栓組聯(lián)接的設(shè)計1 螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計2 螺栓組聯(lián)接的受力分析螺栓組聯(lián)接的受力分析2 螺栓組聯(lián)接的受力分析螺栓組聯(lián)接的受力分析1受橫向載荷受橫向載荷2受轉(zhuǎn)矩受轉(zhuǎn)矩3受軸向載荷受軸向載荷4受傾覆力矩受傾覆力矩 受力分析的目的：根據(jù)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)和受載情況，求出受受力分析的目的：根據(jù)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)和受載情況，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便進行螺栓聯(lián)接的強度計算。力最大的螺栓及其所受的力，以便進行螺栓聯(lián)接的強度計算。 受力分析時所作假設(shè)：所有螺栓的材料、直徑、長度和預(yù)受力分析時所作假設(shè)：所有螺栓的材料、直徑、長度和預(yù)緊力均相同；緊力均相同；螺栓組的對稱中心

2、與聯(lián)接接合面的形心重合；螺栓組的對稱中心與聯(lián)接接合面的形心重合；受載后聯(lián)接接合面仍保持為平面。受載后聯(lián)接接合面仍保持為平面。 受力分析的類型：受力分析的類型：FFriOOMTfF0fF0FF 橫向載荷作用線垂直于螺栓軸線，通過螺栓組的對稱橫向載荷作用線垂直于螺栓軸線，通過螺栓組的對稱中心。中心。受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接鉸制孔用螺栓組聯(lián)接鉸制孔用螺栓組聯(lián)接ZFF 每個螺栓所受每個螺栓所受橫向橫向工作剪力工作剪力Fz螺栓個數(shù)螺栓個數(shù)普通螺栓組聯(lián)接普通螺栓組聯(lián)接FKizFfS0Ks-防滑系數(shù)防滑系數(shù) Ks=1.11.3，取，取1.2z-螺栓個數(shù)螺栓個數(shù)i -結(jié)合面數(shù)結(jié)合面數(shù)f -

3、接合面摩擦系數(shù)接合面摩擦系數(shù)每個螺栓所受預(yù)緊力每個螺栓所受預(yù)緊力F00SKFFf z i 擰緊擰緊接合面間的摩擦力接合面間的摩擦力承受載荷承受載荷（2）受轉(zhuǎn)矩的螺栓組聯(lián)接）受轉(zhuǎn)矩的螺栓組聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接普通螺栓聯(lián)接TKrfFrfFrfFSz02010ziiSrfTKF10每個螺栓所受預(yù)緊力每個螺栓所受預(yù)緊力F0例：聯(lián)軸器例：聯(lián)軸器120Zsrrrrk TFfzr鉸制孔用螺栓組聯(lián)接鉸制孔用螺栓組聯(lián)接TriFiF1F2鉸制孔用螺栓鉸制孔用螺栓TrFrFrFzz2211TrFziii1(1)iirFrFmaxmaxziirTrF12maxmaxmaxmax2211rFrFrFrFzz TriFiF1

4、F2或或maxmaxrrFFii(2)TrFziii1(1)受力最大的螺栓的工作剪力：受力最大的螺栓的工作剪力：12345678設(shè)各螺栓的剪切剛度相同（設(shè)各螺栓的剪切剛度相同（K）iiKFmaxmax2211FFFFKzz iirmaxmax2211rFrFrFrFzz 假設(shè)底板為完全剛體假設(shè)底板為完全剛體說明：說明：例：聯(lián)軸器例：聯(lián)軸器12 zrrrrTFz rzFF每個螺栓所受軸向工作載荷每個螺栓所受軸向工作載荷Fz螺栓個數(shù)螺栓個數(shù) 總軸向載荷的作用線與螺栓總軸向載荷的作用線與螺栓軸線平行，且通過螺栓組的對稱軸線平行，且通過螺栓組的對稱中心。可認(rèn)為每個螺栓上所受軸中心。可認(rèn)為每個螺栓上所受

5、軸向工作載荷都相等向工作載荷都相等。（3）受軸向載荷的螺栓組聯(lián)接）受軸向載荷的螺栓組聯(lián)接受傾覆力矩的螺栓組聯(lián)接受傾覆力矩的螺栓組聯(lián)接 首先，預(yù)緊力作用下，首先，預(yù)緊力作用下，螺栓受拉，被聯(lián)接件均勻螺栓受拉，被聯(lián)接件均勻受壓。受壓。 傾覆力矩傾覆力矩M作用下，一邊作用下，一邊螺栓拉力、變形增加，而螺栓拉力、變形增加，而被聯(lián)接件受力減小、變形被聯(lián)接件受力減小、變形減小；另一邊螺栓拉力、減?。涣硪贿吢菟ɡ?、變形減小，被聯(lián)接件間壓變形減小，被聯(lián)接件間壓力、變形增大。力、變形增大。MLFziii1maxmaxLLFFiiziiLMLF12maxmax由上二式得受力最大的螺栓由上二式得受力最大的螺栓的工

6、作拉力為：的工作拉力為：MLFLFLFzz 2211(1)(2)12345678變形變形F2F2mF1FF1mF0Fm受傾覆力矩的螺栓組受力情況PPPPmaxmaxmaxPMW另外，要求被聯(lián)接件放松端不出現(xiàn)另外，要求被聯(lián)接件放松端不出現(xiàn)間隙，而壓緊端又不被壓潰，即：間隙，而壓緊端又不被壓潰，即：0pz FAA 接合面的有效面積接合面的有效面積W 接合面的抗彎截面系數(shù)接合面的抗彎截面系數(shù)0maxminPPP實際螺栓組受力為組合狀況實際螺栓組受力為組合狀況例：固定在鋼制立柱上的鑄鐵托架例：固定在鋼制立柱上的鑄鐵托架復(fù)雜受力狀態(tài)復(fù)雜受力狀態(tài)4種典型的受力狀態(tài)種典型的受力狀態(tài)分別求出在典型的受力狀態(tài)下

7、的力分別求出在典型的受力狀態(tài)下的力最后求出受力最大的螺栓及所受的力最后求出受力最大的螺栓及所受的力簡化簡化向量迭加向量迭加 螺栓組受力分析：向底板對稱中心簡化。螺栓組受力分析：向底板對稱中心簡化。軸向載荷軸向載荷 橫向載荷橫向載荷 傾覆力矩傾覆力矩sin1PP cos2PP M總結(jié)：總結(jié)：1. 螺栓組的設(shè)計包括兩部分內(nèi)容：a) . 正確進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過受力分析找出受力最大的螺栓；b). 按照單個螺栓聯(lián)接的強度計算公式來設(shè)計這個受力最大的螺栓的尺寸，其余螺栓則按同樣尺寸選用。2. 設(shè)計時應(yīng)正確解決的幾個問題：a). 螺栓組的布置，一般可參考現(xiàn)有設(shè)備由經(jīng)驗確定；也可先將總載荷分解，再按各種載荷進

8、行分配計算，在疊加，得到總載荷在各螺栓中的分配情況；b). 確定螺栓的擰緊力矩；必要時將這一結(jié)果標(biāo)注到相應(yīng)的圖紙上； c). 確定螺栓直徑 ，據(jù)此確定螺栓其他部分尺寸，并進行精確校核，疲勞強度校核時應(yīng)特別注意受力變形線圖；d). 注意采取適當(dāng)措施提高螺栓聯(lián)接強度。螺栓組受力組中各螺栓受力狀況受力最大螺栓的受力備注橫向載荷F各螺栓所受橫向工作載荷相等普通螺栓鉸制螺栓軸向載荷F各螺栓所受軸向工作載荷相等松聯(lián)接 以F代入強度計算緊聯(lián)接轉(zhuǎn)矩T普通螺栓各螺栓僅受相等的預(yù)緊力鉸制螺栓各螺栓受相等預(yù)緊力及不相等橫向工作載荷，受力最大的螺栓距形心最遠(yuǎn)直接以Fmax代入剪切和擠壓強度計算；而預(yù)緊力僅起保證聯(lián)接緊

9、固作用傾覆力矩M各螺栓所受軸向工作載荷不相等，其中受載荷最大的螺栓距螺栓組對稱軸線最遠(yuǎn)對受力最大螺栓進行強度計算而且應(yīng)滿足下式：zFFFKizFfS0FzhdsPminFzds24zFFFCCCFFmbb02ziiSrfTKF10ziirTrF1maxmaxPPPPmaxmax 00maxminPPPziiLMLF12maxmax5-6 螺紋聯(lián)接的強度計算螺紋聯(lián)接的強度計算1 螺紋聯(lián)螺紋聯(lián)接接的失效形式和的失效形式和設(shè)計準(zhǔn)則設(shè)計準(zhǔn)則2 松螺栓聯(lián)接的強度計算松螺栓聯(lián)接的強度計算3 緊螺栓聯(lián)接的強度計算緊螺栓聯(lián)接的強度計算潘存云教授研制 螺紋聯(lián)螺紋聯(lián)接接的失效形式和的失效形式和設(shè)計準(zhǔn)則設(shè)計準(zhǔn)則受拉

10、螺栓受拉螺栓 軸向力作用下螺栓桿和螺紋部分發(fā)生塑性變形軸向力作用下螺栓桿和螺紋部分發(fā)生塑性變形或斷裂或斷裂保證靜力或疲勞拉保證靜力或疲勞拉伸強度伸強度主要失效形式：螺栓主要失效形式：螺栓桿螺紋部分發(fā)生塑性桿螺紋部分發(fā)生塑性變形或斷裂變形或斷裂FDDp受剪螺栓受剪螺栓 鉸制孔用螺栓結(jié)合部位發(fā)生壓潰或螺栓鉸制孔用螺栓結(jié)合部位發(fā)生壓潰或螺栓桿被剪斷桿被剪斷保證結(jié)合處的擠壓保證結(jié)合處的擠壓強度和螺栓桿的剪強度和螺栓桿的剪切強度切強度2 松螺栓聯(lián)接的強度計算松螺栓聯(lián)接的強度計算（不預(yù)緊） 拉伸強度條件為：拉伸強度條件為： d1一般為螺栓的小徑一般為螺栓的小徑 注意：螺栓的危險截面注意：螺栓的危險截面21

11、41dFFFd41設(shè)計式為：設(shè)計式為：螺栓工作之前不需擰緊，不受力。螺栓工作之前不需擰緊，不受力。校核式校核式d d1 1計算出后計算出后, ,再按標(biāo)準(zhǔn)查選螺紋的公稱直徑（大徑）再按標(biāo)準(zhǔn)查選螺紋的公稱直徑（大徑）d d 。粗牙普通螺紋基本尺寸粗牙普通螺紋基本尺寸3 緊螺栓聯(lián)接的強度計算緊螺栓聯(lián)接的強度計算緊螺栓聯(lián)接緊螺栓聯(lián)接強度計算強度計算僅受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接僅受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接受橫向工作載荷的緊螺栓聯(lián)接受橫向工作載荷的緊螺栓聯(lián)接同時受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓聯(lián)接同時受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓聯(lián)接3 緊螺栓聯(lián)接的強度計算緊螺栓聯(lián)接的強度計算僅受預(yù)緊力的僅受預(yù)緊力的緊緊螺栓聯(lián)接螺栓聯(lián)接拉伸應(yīng)力（預(yù)緊力拉伸應(yīng)力（預(yù)緊力F0 ） 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（螺紋摩擦力矩扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（螺紋摩擦力矩