螺紋連接的設(shè)計計算講解課件

1、5.1.4 螺紋連接的強度計算1一、螺栓的材料（1）常用材料：Q215、35、45等碳素鋼；（2）沖擊振動場合用：40Cr、30CrMnSi等合金鋼；（5）特殊用途(防磁、導(dǎo)電): 特殊鋼、銅合金、鋁合金等。（3）普通墊圈：Q235、15、35；（4）彈圈：65Mn；2二、螺紋聯(lián)接件的許用應(yīng)力1.性能等級（1）-定義 （1）螺紋聯(lián)接件是按其性能等級選用的，一定性能等級對應(yīng)一定的強度極限；（3）等級代號小數(shù)點前面數(shù)字=材料抗拉強度的百分之一（B/100）后面數(shù)字=10Xs/B。（2）性能等級分為10級；3二、螺紋聯(lián)接件的許用應(yīng)力1.性能等級（2）-螺栓的等級 P220表5-34二、螺紋聯(lián)接件的許

2、用應(yīng)力1.性能等級（3）-螺母的等級 P220表5-45二、螺紋聯(lián)接件的許用應(yīng)力1.性能等級（4）-選用 （1）一般用途通常選用4.8級左右的螺栓；（3）重要場合要選用高的性能等級（如在壓力容器中常采用8.8級的螺栓）。（2）在聯(lián)接中，組成螺紋副的螺母的性能等級不能低于螺栓的性能等級；6二、螺紋聯(lián)接件的許用應(yīng)力2.許用應(yīng)力（1）-考慮的因素 螺紋聯(lián)接件許用應(yīng)力與載荷性質(zhì)(靜、變載荷)、裝配情況(松、緊聯(lián)接)、材料、結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)。7二、螺紋聯(lián)接件的許用應(yīng)力2.許用應(yīng)力（2）-公式 8二、螺紋聯(lián)接件的許用應(yīng)力2.許用應(yīng)力（3）-屈服極限 P220表5-39二、螺紋聯(lián)接件的許用應(yīng)力2.許用應(yīng)力（4）

3、-安全系數(shù) P221表5-510三、螺紋聯(lián)接的失效形式1.受拉螺栓（1）-失效形式 15%20%65%螺紋部分的塑性變形和螺桿的疲勞斷裂11三、螺紋聯(lián)接的失效形式1.受拉螺栓（2）-設(shè)計準(zhǔn)則 保證螺栓的疲勞拉伸強度和靜強度12三、螺紋聯(lián)接的失效形式2.受剪螺栓（1）-失效形式 螺栓桿和被聯(lián)接件中弱者的結(jié)合面被壓潰或螺栓桿被剪斷13三、螺紋聯(lián)接的失效形式2.受剪螺栓（2）-設(shè)計準(zhǔn)則 保證擠壓強度和螺栓桿（或被聯(lián)接件）的剪切強度14四、螺紋聯(lián)接的強度計算1.工作內(nèi)容 （1）螺栓與螺母的螺紋牙及其他各部尺寸是根據(jù)等強度原則及使用經(jīng)驗規(guī)定的。采用標(biāo)準(zhǔn)件時，這些部分都不需要進行強度計算。 （2）螺栓聯(lián)接

4、的計算主要是確定螺紋小徑d1，然后按照標(biāo)準(zhǔn)選定螺紋公稱直徑d及螺距P等。 15四、螺紋聯(lián)接的強度計算2.受拉松螺栓（1）-模型 16四、螺紋聯(lián)接的強度計算2.受拉松螺栓（2）-公式 式中: d1-螺紋小徑 mm ； F-軸向載荷 N； -許用應(yīng)力 MPa；校核公式設(shè)計公式17四、螺紋聯(lián)接的強度計算3. 緊螺栓橫向載荷（1）-模型 FFF0F018四、螺紋聯(lián)接的強度計算3. 緊螺栓橫向載荷（2）-公式 式中: F0-預(yù)緊力 N；校核公式設(shè)計公式 考慮摩擦力矩T1產(chǎn)生的剪切應(yīng)力，按第四強度理論將應(yīng)力合成19四、螺紋聯(lián)接的強度計算（1）當(dāng)承受橫向工作載荷時， 預(yù)緊力F0導(dǎo)致接合面所產(chǎn)生的摩擦力應(yīng)大于

5、橫向載荷F；（2）由于摩擦系數(shù)f的關(guān)系，預(yù)緊力F0很大。FFF0F03. 緊螺栓橫向載荷（3）-不足 20四、螺紋聯(lián)接的強度計算3. 緊螺栓橫向載荷（4）-改進1 采用鍵、套筒、銷承擔(dān)橫向工作載荷。21四、螺紋聯(lián)接的強度計算3. 緊螺栓橫向載荷（4）-改進2 采用鉸制孔螺栓。校核公式22四、螺紋聯(lián)接的強度計算4.緊螺栓軸向載荷（1）-模型 23四、螺紋聯(lián)接的強度計算4.緊螺栓軸向載荷（2）-受力分析 24四、螺紋聯(lián)接的強度計算4.緊螺栓軸向載荷（3）-計算公式 校核公式設(shè)計公式25四、螺紋聯(lián)接的強度計算4.緊螺栓軸向載荷（4）-總拉力F2公式1 為殘余預(yù)緊力F 為軸向外載荷26四、螺紋聯(lián)接的強

6、度計算4.緊螺栓軸向載荷（5）-殘余預(yù)緊力的確定 工況F1=有密封要求（1.5-1.8）F穩(wěn)定載荷（0.2-0.6）F不穩(wěn)定載荷（0.6-1.0）F地腳螺栓FP223中部文字27四、螺紋聯(lián)接的強度計算4.緊螺栓軸向載荷（6）-總拉力F2公式2 相對剛度系數(shù)28四、螺紋聯(lián)接的強度計算4.緊螺栓軸向載荷（7）-相對剛度系數(shù) 相對剛度系數(shù)：墊片類型金屬墊片或無墊片皮革銅皮石棉 橡膠相對剛度系數(shù)0.2-0.30.70.80.9P224上部文字295.1.5 螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計30五、螺栓組聯(lián)接的設(shè)計內(nèi)容（2）確定螺栓數(shù)目（強度計算）。（1）設(shè)計螺栓組中螺栓的分布形式；31六、螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計1.

7、 簡單對稱 為了好加工制造和聯(lián)接結(jié)合面受力均勻；通常聯(lián)接結(jié)合面的幾何形狀都設(shè)計成軸對稱的簡單幾何形狀。322.受力合理1/2 鉸制孔用螺栓聯(lián)接，不要在平行于工作載荷的方向上成排地布置個以上的螺栓，以免載荷分布過于不均。FF六、螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計333. 受力合理2/2 當(dāng)聯(lián)接彎距或轉(zhuǎn)距時，應(yīng)使螺栓位置適當(dāng)靠近接合面的邊緣，以減少螺栓的受力。六、螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計343. 輔助抗剪 當(dāng)同時承受軸向載荷和較大的橫向載荷時，采用抗剪零件來承受橫向載荷。六、螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計354. 保證扳手空間 螺栓的排列應(yīng)有合理的間距、邊距，具體數(shù)值可以查閱相關(guān)設(shè)計手冊。EEdhDCC60AB六、螺栓組聯(lián)接

8、的結(jié)構(gòu)設(shè)計365. 偶數(shù) 便于在圓周上鉆孔時的分度和畫線，同一圓周上的螺栓數(shù)目取成: 4、6等偶數(shù)；同一螺栓組中的螺栓的材料、直徑、長度應(yīng)相同。 六、螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計376. 避免附加應(yīng)力 當(dāng)聯(lián)接彎距或轉(zhuǎn)距時，應(yīng)使螺栓位置適當(dāng)靠近接合面的邊緣，以減少螺栓的受力。六、螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計387. 防松 為了提高聯(lián)接的可靠性和緊密度，要采用必要的防松措施。六、螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計39七、螺栓組聯(lián)接的計算1.普通螺栓受橫向載荷（1）-模型 靠正壓力產(chǎn)生的摩擦力承受40七、螺栓組聯(lián)接的計算1.普通螺栓受橫向載荷（2）-計算公式 41七、螺栓組聯(lián)接的計算1.普通螺栓受橫向載荷（3）-參數(shù) 式中：f-

9、接合面摩擦系數(shù)； i - 接合面數(shù)； z -螺栓數(shù)目； ks -可靠性系數(shù)，一般取1.1-1.3； F橫向載荷。42七、螺栓組聯(lián)接的計算2.鉸制孔螺栓受橫向載荷（1）-模型 采用鉸制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓與孔壁的擠壓作用來承受外載荷。43七、螺栓組聯(lián)接的計算2.鉸制孔螺栓受橫向載荷（2）-計算公式 假設(shè)螺栓平分外載荷44七、螺栓組聯(lián)接的計算3.普通螺栓受轉(zhuǎn)矩（1）-模型 采用普通螺栓，是靠聯(lián)接預(yù)緊后在接合面間產(chǎn)生的摩擦力矩來抵抗轉(zhuǎn)矩T。45七、螺栓組聯(lián)接的計算3.普通螺栓受轉(zhuǎn)矩（2）-假設(shè) （1）正壓力產(chǎn)生的摩擦力集中作用在螺栓中心處；（2）正壓力產(chǎn)生的摩擦力方向垂直于螺栓中心和螺栓組

10、對稱中心的連線。46七、螺栓組聯(lián)接的計算3.普通螺栓受轉(zhuǎn)矩（3）-計算公式 47七、螺栓組聯(lián)接的計算4.鉸制孔螺栓受轉(zhuǎn)矩（1）-模型 采用鉸制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓與孔壁的擠壓作用來抵抗轉(zhuǎn)矩T。48七、螺栓組聯(lián)接的計算4.鉸制孔螺栓受轉(zhuǎn)矩（2）-假設(shè) （1）螺栓受力大小與其中心到螺栓組對稱中心的距離成正比；（2）螺栓受力方向垂直于螺栓中心和螺栓組對稱中心的連線。49七、螺栓組聯(lián)接的計算4.鉸制孔螺栓受轉(zhuǎn)矩（3）-計算公式 50七、螺栓組聯(lián)接的計算5.普通螺栓受翻轉(zhuǎn)力矩（1）-模型 LiLmaxOOxxOM51七、螺栓組聯(lián)接的計算5.普通螺栓受翻轉(zhuǎn)力矩（2）-假設(shè) 螺栓承受的載荷與距離成

11、正比： LiLmaxOOxxOM52七、螺栓組聯(lián)接的計算5.普通螺栓受翻轉(zhuǎn)力矩（3）-公式 LiLmaxOOxxOM不是總拉力53七、螺栓組聯(lián)接的計算6.普通螺栓受軸向載荷（1）-模型 54七、螺栓組聯(lián)接的計算6.普通螺栓受軸向載荷（2）-公式 不是總拉力55七、螺栓組聯(lián)接的計算6.普通螺栓受軸向載荷（3）-補充 當(dāng)外載荷通過螺栓組形心時，各螺栓所受的工作載荷相等； 當(dāng)外載荷不通過螺栓組的形心，應(yīng)向形心平移后再計算。56七、螺栓組聯(lián)接的計算7.螺栓組聯(lián)接受力分析的總結(jié) （1）實際中，螺栓組的工作載荷常常是以上簡單受力情況的不同組合；（2）分別計算出螺栓組在簡單受力狀態(tài)下每個螺栓的工作載荷，然后

12、將它們按向量相加，就得到每個螺栓的總的工作載荷；（3）都是對受應(yīng)力最大的螺栓進行分析計算。575.1.6提高螺栓聯(lián)接強度的措施58八、提高螺栓聯(lián)接強度的措施 1.降低螺栓的應(yīng)力幅（1）-分析 （1）對于受軸向載荷的緊螺栓來講，其同時承受預(yù)緊力和軸向載荷；（2）軸向總拉力的變化范圍為：F2-F0 ；59八、提高螺栓聯(lián)接強度的措施 1.降低螺栓的應(yīng)力幅（2）-結(jié)論 減小聯(lián)接螺栓的剛度Cb或增加聯(lián)接件的剛度Cm ，可以降低應(yīng)力幅60八、提高螺栓聯(lián)接強度的措施 1.降低螺栓的應(yīng)力幅（3）-措施1/2 （1）增加聯(lián)接件的剛度Cm 金屬墊片O型密封圈61八、提高螺栓聯(lián)接強度的措施 1.降低螺栓的應(yīng)力幅（3

13、）-措施2/2 （2）減小聯(lián)接螺栓的剛度Cb 彈性元件柔性螺栓62八、提高螺栓聯(lián)接強度的措施 2.改善螺紋牙上載荷分布不均的現(xiàn)象（1）-分析 試驗證明：約有1/3的載荷集中在第1圈上，以后各圈遞減，第8圈外基本不承受載荷。63八、提高螺栓聯(lián)接強度的措施 2.改善螺紋牙上載荷分布不均的現(xiàn)象（2）-結(jié)論 （1）加厚螺母不能改善載荷在螺紋牙上分布不均的現(xiàn)象。 （2）采用均載螺母。64八、提高螺栓聯(lián)接強度的措施懸置螺母 2.改善螺紋牙上載荷分布不均的現(xiàn)象（3）-措施 環(huán)槽螺母內(nèi)斜螺母 內(nèi)斜與環(huán)槽螺母65八、提高螺栓聯(lián)接強度的措施 3.減小應(yīng)力集中（1）-分析 螺栓上的螺紋（特別是螺紋收尾處）、螺栓上截面突變部位，都產(chǎn)生應(yīng)力集中。66八、提高螺栓聯(lián)接強度的措施 3.減小應(yīng)力集中（2）-措施 過渡圓角卸載槽67八、提高螺栓聯(lián)接強度的措施 4.減小附加應(yīng)力的影響（1）-分析 （2）可以從結(jié)構(gòu)、制造與裝配精度采取措施，減小附加應(yīng)力。 （1）附加應(yīng)力主要是由于支承面不平、被聯(lián)接件變形太大和螺栓裝配精度低引起的；68八、提高螺栓聯(lián)接強度的措施 4.減