螺栓連接的受力分析與驗證課件

緊固部位驗證1緊固部位驗證1①總布置的確認

1-1突出尺寸、旋合尺寸、貼底距離、自由尺寸孔（螺釘孔）③可靠性的確認

3-1螺紋加工的確認3-2

螺絲強度的確認3-3

極限表面壓力的確定②選出必要軸力

2-1外力的把握2-2必要軸力的計算2-3周方向外力的必要軸力的計算2-4軸垂直方向外力的必要軸力的計算2-5軸旋轉方向外力的必要軸力的計算2-6將最小必要軸力轉換為緊固力矩緊固驗證項目是否松動！是否損壞！2①總布置的確認③可靠性的確認②選出必要軸力緊固驗證一般盡量保證2～3螺紋的富余即使對于螺絲孔也要盡量保證2～3螺紋的富余若是緊固零件附近有其他零件的話、要不與螺栓頭干涉。突出尺寸旋合尺寸貼底距離總布置的確認螺絲的突出尺寸、旋合尺寸、貼底距離基本2mm以上最差0mm以上基本3mm以上最差0mm以上1d以上※由于材質、強度不同而不同3一般盡量保證2～3螺紋的富余即使對于螺絲孔也要盡量保證2～3緊固驗證斷面圖的參考圖例4緊固驗證斷面圖的參考圖例4緊固力矩和軸力的關系F=T×1000K×d緊固力矩(Nm)螺絲標呼直徑(mm)力矩系數(shù)螺栓軸力(N)軸力F緊固力矩T5緊固力矩和軸力的關系F=T×1000緊固力矩(Nm)螺絲標呼1.1～1.3ねじ切り安全率：010002000300040005000051015緊固力矩（Ｎ／ｍ）軸力（Ｎ）力矩系數(shù)Ｋ：0.2必要軸力安全率1.4松動破損安全率1.0軸力～緊固力矩力矩系數(shù)偏差±23.4%螺紋加工極限線MINMAXPtmin0.150.25Ptmax松動極限線1000T

KdF=極限必要軸力61.1～1.3ねじ切り安全率：010002000300040轉動松動?剪切載荷?×非常危險?扭轉載荷?△危險?拉伸載荷?○基本不會松動非轉動松動?磨損、彈力減弱、磨合適應、螺栓的塑性延伸、熱膨脹、蠕變（creep）松動發(fā)生的條件7轉動松動松動發(fā)生的條件7驗證例子Rｒ減震器底部固定處驗證部位8驗證例子Rｒ減震器底部固定處驗證部位8●軸方向的外力＝5501N

（適用于接地點左右耐久載荷）●軸垂直方向的外力＝10965N

（適用于上下耐久載荷）●軸旋轉的外力＝15.1Nm

（襯套的扭轉反力）②選出必要軸力

２-1外力的把握沒有外力的緊固部位的討論固定重量×5G／固定點數(shù)9●軸方向的外力＝5501N②選出必要軸力２-1外力的②計算必要軸力

2-2必要軸力的計算1.軸方向外力所需的必要軸力2.軸垂直方向外力所需的必要軸力3.軸旋轉方向外力所需的必要軸力最小必要軸力極限必要軸力不松動的必要軸力？N？N安全率1.4應用Max値？N？N？N10②計算必要軸力

2-2必要軸力的計算1.軸方向外力所軸方向載荷Wa：5501NPtmin=Wa+P’=5501+3135=8636N軸力:Ptmin②計算必要軸力

２-3

軸方向外力所需的必要軸力的計算軸力損失P’：3135N11軸方向載荷Ptmin=Wa+P’軸力:Ptmin②【單支撐結構】μ2：螺栓螺母的接觸面的摩擦系數(shù)P：軸垂直入力載荷Ptmin=P(μ1+μ2)②必要軸力的計算

2-4軸垂直方向所需必要軸力的計算μ1：被緊固物體接觸面的摩擦系數(shù)被緊固物體緊固對象零件軸力:Ptmin12【單支撐結構】μ2：螺栓螺母的接觸面的摩擦系數(shù)P：軸垂直【雙支撐結構】P：軸垂直入力載荷μ1：被緊固物體接觸面的摩擦系數(shù)軸力損失Ptmin=+P’P2μ1軸力:Ptmin②計算必要軸力

２－4

軸垂直方向所對應的必要軸力的計算緊固對象零件（支架）被緊固物體（軸襯）13【雙支撐結構】P：軸垂直入力載荷μ1：被緊固物體接觸面軸力損失雙支撐結構的情況下?lián)p失的軸力因為原本來開間隙時軸力損失就很大51.5-49.6=1.9BRKT的Max寬度管子的最短長度最大間隙通過CAE計算出使BRKT強制位移1.9mm時的反力！結果：319.9kg?所以軸力能夠損失319.9kg(3135N)。50.5

+1050

0-0.4損失軸力P’②計算必要軸力

2-4軸垂直方向外力對應的必要軸力的計算1.9軸力14軸力損失雙支撐結構的情況下?lián)p失的軸力因為原本來開間隙時軸力損【雙支撐結構】軸垂直入力載荷Ｐ：10965Ｎ軸力損失P’：3135N①計算必要軸力

２-4軸垂直方向外力對應的必要軸力的計算Ptmin=+P’P2μ1=+3135109650.6=21410Nμ1：被緊固物體的支撐面摩擦系數(shù)15【雙支撐結構】軸垂直入力載荷軸力損失①計算必要軸力

【雙支撐結構】T：入力力矩【單支撐結構】μ1：摩擦系數(shù)μ2：摩擦系數(shù)μ：摩擦系數(shù)（一般為0.15）軸襯接觸面的等價摩擦直徑T：入力力矩Ptmin=Tμ×di1Ptmin=T2(μ1?di1+μ2?di2)Dd②計算必要軸力

２－５

軸旋轉方向對應的必要軸力的計算軸力螺母接觸面的等價摩擦直徑di1=√((D^2-d^2)/2)2(D^3-d^3)3(D^2-d^2)di2=16【雙支撐結構】T：入力力矩【單支撐結構】μ1：摩擦系數(shù)μ2：【雙支撐結構】μ：摩擦系數(shù)（一般為0.15）②計算必要軸力

２－５軸旋轉方向外力對應的必要軸力的計算Ptmin=よりTμ×di1=15.1×10000.15×12.9=7804N入力力矩T：15.1Nm

di1=

√(22^2-12.2^2)√2=12.917【雙支撐結構】μ：摩擦系數(shù)②計算必要軸力

２－５軸旋②計算必要軸力

2-6

最小必要軸力1.軸方向外力對應的必要軸力8636N2.軸垂直方向外力對應的必要軸力21410N3.軸旋轉方向外力對應的必要軸力7804N最小必要軸力不松動的必要軸力21410N29974N安全率1.418②計算必要軸力2-6最小必要軸力1.軸方向外力對應的29974N90NmF=よりT×1000K×d最小緊固力矩最小產(chǎn)生軸力T=(F×K×d)/1000

=(29974×0.25×12)/1000=90Nm②計算最小軸力

２-6將最小軸力轉化為緊固力矩1929974N90NmF=110Nm最大緊固力矩Tmax=1.22×Tmin

=1.22×90Nm=110Nm=1.221+0.101‐0.10緊固力矩控制幅度±10%的情況②計算必要軸力

最大緊固力矩20110Nm最大緊固力矩Tmax=1.22×Tmin=③可靠性的確認

３－１螺紋加工的確認螺紋加工安全率≧1.0螺栓屈服軸力86574N最大產(chǎn)生軸力61111N=≒1.4≧1.0940N/mm2×92.1mm2(屈服應力)(有效斷面積)最大緊固力矩為110Nm時的軸力110×10000.15×1221③可靠性的確認

３－１螺紋加工的確認螺紋加工安全率≧緊固力引起的拉伸應力σ（N/mm2)螺栓拉伸載荷Wt2970螺絲處有效斷面面積As92.1σ＝==32.2

緊固力引起的剪斷載荷τ（N/mm2)τ＝==273.6

剪斷載荷Ws25200螺絲處有效斷面面積As92.1③可靠性的確認

3-2

螺絲強度的確認合成應力σv＝√((σ)^2+3×τ^2)=√(32.2^2+3×273.6^2)=475要是合成應力＜螺栓的屈服應力的話很安全根據(jù)475N/mm2＜940N/mm2大載荷的拉伸載荷大載荷的剪斷載荷判定：ＯＫ22緊固力引起的拉伸應力σ（N/mm2)螺栓拉伸載荷Wt※若是超過極限表面壓力接觸面會下陷發(fā)生松動。表面壓力：安全率：Ｐｔ：緊固軸力（最大產(chǎn)生軸力Ptmax）Wa：軸方向壓縮外力（N)Ａ：接觸面面積(mm2)σ：被緊固物體材料的極限表面壓力(N/mm2)σy：材料的屈服點或耐力(N)※承受軸力的零件都要保證表面壓力接觸面面積Awasher的表面壓力Innerpipe的表面壓力BRKT表面壓力=0.0004×σy^2+1.2561×σy-36.929σc=Pt+WaAfs=＞1.05σσc最壞偏差③可靠性的確認

3-3極限表面壓力的確認23※若是超過極限表面壓力接觸面會下陷發(fā)生松動。Ｐｔ：緊固（22^2－14.2^2）π4A==221.8mm2材料耐力σy=410N/mm2より極限表面壓力σ=545.3N/mm2σc==300.3N/mm261111+5501221.8fs==1.82＞1.05545.3300.3判斷：ＯＫ③可靠性的確認

3-3極限表面壓力的確認24（22^2－14.2^2）πA=1.1～1.3ねじ切り安全率：00緊固力矩（Ｎ／ｍ）軸力（Ｎ）力矩系數(shù)Ｋ：0.2軸力～緊固力矩力矩系數(shù)偏差±23.4%螺紋加工極限線90110299740.150.2586574松動極限線1000T

KdF=21410安全率1.4?OK安全率1.4?OK251.1～1.3ねじ切り安全率：00緊固力矩（Ｎ／ｍ）（參考）力矩系數(shù)26（參考）力矩系數(shù)26屈服軸力（設計條件下限）M12遷都劃分為10.9的螺栓屈服軸力(N)=940×92.1=8657427屈服軸力（設計條件下限）M12遷都劃分為10.9的螺栓屈服（參考）緊固力矩和軸力的關系Kf:軸力力矩系數(shù)Ks:螺絲面摩擦力矩系數(shù)Kw:接觸面摩擦力矩系數(shù)d2:螺絲的有效徑(mm)(≒d－0.649519×螺距)μs:螺絲面摩擦系數(shù)（0.1～0.2)μw:接觸面摩擦系數(shù)(0.1～0.2)dw:等價摩擦直徑(mm)K=Kf+Ks+KwKf=0.044×d22×dKs=1.155×d2×μs2×dKw=1×dw×μw2×dDd2(D^3-d^3)3(D^2-d^2)

dw=通過計算算出力矩系數(shù)K的方法28（參考）緊固力矩和軸力的關系Kf:軸力力矩系數(shù)K=K緊固部位驗證29緊固部位驗證1①總布置的確認

1-1突出尺寸、旋合尺寸、貼底距離、自由尺寸孔（螺釘孔）③可靠性的確認

3-1螺紋加工的確認3-2

螺絲強度的確認3-3

極限表面壓力的確定②選出必要軸力

2-1外力的把握2-2必要軸力的計算2-3周方向外力的必要軸力的計算2-4軸垂直方向外力的必要軸力的計算2-5軸旋轉方向外力的必要軸力的計算2-6將最小必要軸力轉換為緊固力矩緊固驗證項目是否松動！是否損壞！30①總布置的確認③可靠性的確認②選出必要軸力緊固驗證一般盡量保證2～3螺紋的富余即使對于螺絲孔也要盡量保證2～3螺紋的富余若是緊固零件附近有其他零件的話、要不與螺栓頭干涉。突出尺寸旋合尺寸貼底距離總布置的確認螺絲的突出尺寸、旋合尺寸、貼底距離基本2mm以上最差0mm以上基本3mm以上最差0mm以上1d以上※由于材質、強度不同而不同31一般盡量保證2～3螺紋的富余即使對于螺絲孔也要盡量保證2～3緊固驗證斷面圖的參考圖例32緊固驗證斷面圖的參考圖例4緊固力矩和軸力的關系F=T×1000K×d緊固力矩(Nm)螺絲標呼直徑(mm)力矩系數(shù)螺栓軸力(N)軸力F緊固力矩T33緊固力矩和軸力的關系F=T×1000緊固力矩(Nm)螺絲標呼1.1～1.3ねじ切り安全率：010002000300040005000051015緊固力矩（Ｎ／ｍ）軸力（Ｎ）力矩系數(shù)Ｋ：0.2必要軸力安全率1.4松動破損安全率1.0軸力～緊固力矩力矩系數(shù)偏差±23.4%螺紋加工極限線MINMAXPtmin0.150.25Ptmax松動極限線1000T

KdF=極限必要軸力341.1～1.3ねじ切り安全率：010002000300040轉動松動?剪切載荷?×非常危險?扭轉載荷?△危險?拉伸載荷?○基本不會松動非轉動松動?磨損、彈力減弱、磨合適應、螺栓的塑性延伸、熱膨脹、蠕變（creep）松動發(fā)生的條件35轉動松動松動發(fā)生的條件7驗證例子Rｒ減震器底部固定處驗證部位36驗證例子Rｒ減震器底部固定處驗證部位8●軸方向的外力＝5501N

（適用于接地點左右耐久載荷）●軸垂直方向的外力＝10965N

（適用于上下耐久載荷）●軸旋轉的外力＝15.1Nm

（襯套的扭轉反力）②選出必要軸力

２-1外力的把握沒有外力的緊固部位的討論固定重量×5G／固定點數(shù)37●軸方向的外力＝5501N②選出必要軸力２-1外力的②計算必要軸力

2-2必要軸力的計算1.軸方向外力所需的必要軸力2.軸垂直方向外力所需的必要軸力3.軸旋轉方向外力所需的必要軸力最小必要軸力極限必要軸力不松動的必要軸力？N？N安全率1.4應用Max値？N？N？N38②計算必要軸力

2-2必要軸力的計算1.軸方向外力所軸方向載荷Wa：5501NPtmin=Wa+P’=5501+3135=8636N軸力:Ptmin②計算必要軸力

２-3

軸方向外力所需的必要軸力的計算軸力損失P’：3135N39軸方向載荷Ptmin=Wa+P’軸力:Ptmin②【單支撐結構】μ2：螺栓螺母的接觸面的摩擦系數(shù)P：軸垂直入力載荷Ptmin=P(μ1+μ2)②必要軸力的計算

2-4軸垂直方向所需必要軸力的計算μ1：被緊固物體接觸面的摩擦系數(shù)被緊固物體緊固對象零件軸力:Ptmin40【單支撐結構】μ2：螺栓螺母的接觸面的摩擦系數(shù)P：軸垂直【雙支撐結構】P：軸垂直入力載荷μ1：被緊固物體接觸面的摩擦系數(shù)軸力損失Ptmin=+P’P2μ1軸力:Ptmin②計算必要軸力

２－4

軸垂直方向所對應的必要軸力的計算緊固對象零件（支架）被緊固物體（軸襯）41【雙支撐結構】P：軸垂直入力載荷μ1：被緊固物體接觸面軸力損失雙支撐結構的情況下?lián)p失的軸力因為原本來開間隙時軸力損失就很大51.5-49.6=1.9BRKT的Max寬度管子的最短長度最大間隙通過CAE計算出使BRKT強制位移1.9mm時的反力！結果：319.9kg?所以軸力能夠損失319.9kg(3135N)。50.5

+1050

0-0.4損失軸力P’②計算必要軸力

2-4軸垂直方向外力對應的必要軸力的計算1.9軸力42軸力損失雙支撐結構的情況下?lián)p失的軸力因為原本來開間隙時軸力損【雙支撐結構】軸垂直入力載荷Ｐ：10965Ｎ軸力損失P’：3135N①計算必要軸力

２-4軸垂直方向外力對應的必要軸力的計算Ptmin=+P’P2μ1=+3135109650.6=21410Nμ1：被緊固物體的支撐面摩擦系數(shù)43【雙支撐結構】軸垂直入力載荷軸力損失①計算必要軸力

【雙支撐結構】T：入力力矩【單支撐結構】μ1：摩擦系數(shù)μ2：摩擦系數(shù)μ：摩擦系數(shù)（一般為0.15）軸襯接觸面的等價摩擦直徑T：入力力矩Ptmin=Tμ×di1Ptmin=T2(μ1?di1+μ2?di2)Dd②計算必要軸力

２－５

軸旋轉方向對應的必要軸力的計算軸力螺母接觸面的等價摩擦直徑di1=√((D^2-d^2)/2)2(D^3-d^3)3(D^2-d^2)di2=44【雙支撐結構】T：入力力矩【單支撐結構】μ1：摩擦系數(shù)μ2：【雙支撐結構】μ：摩擦系數(shù)（一般為0.15）②計算必要軸力

２－５軸旋轉方向外力對應的必要軸力的計算Ptmin=よりTμ×di1=15.1×10000.15×12.9=7804N入力力矩T：15.1Nm

di1=

√(22^2-12.2^2)√2=12.945【雙支撐結構】μ：摩擦系數(shù)②計算必要軸力

２－５軸旋②計算必要軸力

2-6

最小必要軸力1.軸方向外力對應的必要軸力8636N2.軸垂直方向外力對應的必要軸力21410N3.軸旋轉方向外力對應的必要軸力7804N最小必要軸力不松動的必要軸力21410N29974N安全率1.446②計算必要軸力2-6最小必要軸力1.軸方向外力對應的29974N90NmF=よりT×1000K×d最小緊固力矩最小產(chǎn)生軸力T=(F×K×d)/1000

=(29974×0.25×12)/1000=90Nm②計算最小軸力

２-6將最小軸力轉化為緊固力矩4729974N90NmF=110Nm最大緊固力矩Tmax=1.22×Tmin

=1.22×90Nm=110Nm=1.221+0.101‐0.10緊固力矩控制幅度±10%的情況②計算必要軸力

最大緊固力矩48110Nm最大緊固力矩Tmax=1.22×Tmin=③可靠性的確認

３－１螺紋加工的確認螺紋加工安全率≧1.0螺栓屈服軸力86574N最大產(chǎn)生軸力61111N=≒1.4≧1.0940N/mm2×92.1mm2(屈服應力)(有效斷面積)最大緊固力矩為110Nm時的軸力110×10000.15×1249③可靠性的確認

３－１螺紋加工的確認螺紋加工安全率≧緊固力引起的拉伸應力σ（N/mm2)螺栓拉伸載荷Wt2970螺絲處有效斷面面積As92.1σ＝==32.2

緊固力引起的剪斷載荷τ（N/mm2)τ＝==273.6

剪斷載荷Ws25200螺絲處有效斷面面積As92.1③可靠性的確認

3-2

螺絲強度的確認合成應力σv＝√((σ)^2+3×τ^2)=√(32.2^2+3×273.6^2)=475要是合成應力＜螺栓的屈服應力的話很安全根據(jù)475N/mm2＜940N/mm2大載荷的拉伸載荷大載荷的剪斷載荷判定：ＯＫ50緊固力引起的拉伸應力σ（N/mm2)螺栓拉伸載荷Wt※若是超過極限表面壓力接觸面會下陷發(fā)生松動。表面壓力：安全率：Ｐｔ：緊固軸力（最大產(chǎn)生軸力Ptmax）Wa：軸方向壓縮外力（N)Ａ：接觸面面積(mm2)σ：被緊固物體材料的極限表面壓力(N/mm2)σy：材料的屈服點或耐力(N)※承受軸力的零件都要保證表面壓力接觸面面積Awasher的表面壓力Innerpipe的表面壓力BR