第十六章 單個(gè)螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算

16-3單個(gè)螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算

針對(duì)不同零件的不同失效形式，分別擬定其設(shè)計(jì)計(jì)算方法，則失效形式是設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)和出發(fā)點(diǎn)。一、失效形式和原因StrengthCalculationofaBoltedJoints

根據(jù)聯(lián)接的的工作情況，可將螺栓按受力形式分為受拉螺栓和受剪螺栓。

對(duì)受拉螺栓，主要失效形式為螺紋部分的塑性變形或斷裂；經(jīng)常裝拆時(shí)繪因磨損而發(fā)生滑扣，故其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則主要保證螺栓桿有足夠的拉伸強(qiáng)度。

對(duì)于受橫向載荷的鉸制孔螺栓，主要失效形式為螺桿被剪斷，螺桿或孔壁被壓潰，故其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則應(yīng)保證螺栓桿和被聯(lián)接件具有足夠的剪切強(qiáng)度和擠壓強(qiáng)度。受拉螺栓：設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為保證螺栓的疲勞拉伸強(qiáng)度和靜強(qiáng)度受剪螺栓：設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為保證螺栓的擠壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度

3、設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則與思路16-3單個(gè)螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算一、失效形式和原因1、松螺栓連接：—裝配時(shí)不擰緊，無預(yù)緊力F'螺栓所受拉力工作載荷F=危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度條件：設(shè)計(jì)式：計(jì)算危險(xiǎn)截面面積時(shí)用螺紋小徑d1

根據(jù)計(jì)算所得的d1，查標(biāo)準(zhǔn)確定螺栓的公稱直徑d2、受橫向載荷作用的普通孔螺栓連接：裝配時(shí)要擰緊，載荷作用前，螺栓已受預(yù)緊力F′但在擰緊螺母過程中，螺栓受F′和T1的聯(lián)合作用應(yīng)用第四強(qiáng)度理論把拉應(yīng)力和扭剪應(yīng)力合并成當(dāng)量拉應(yīng)力—

靠摩擦力承受R此連接如何承受橫向載荷的？螺栓桿受橫向剪切和擠壓?jiǎn)?？?/p>

只受拉力作用拉、扭聯(lián)合作用下的強(qiáng)度問題單純的拉伸強(qiáng)度問題F′F′F′F′FRμF'μF'T1TFR

T1引起的扭剪應(yīng)力：對(duì)于M10～M68的螺紋取平均近似值：0.5

F′引起的拉應(yīng)力：因此：當(dāng)量拉應(yīng)力：強(qiáng)度條件：上式中系數(shù)“1.3”的含義是什么？設(shè)計(jì)式：普通螺栓聯(lián)接承受橫向載荷時(shí)，螺栓可按純拉伸強(qiáng)度計(jì)算，但需將拉伸應(yīng)力增大30%，以考慮扭剪應(yīng)力的影響根據(jù)計(jì)算所得的d1，查標(biāo)準(zhǔn)確定螺栓的公稱直徑d預(yù)緊力：應(yīng)使接合面摩擦力大于工作載荷FRm

：接合面對(duì)數(shù)即：μF′FRKf≥則：f：接合面摩擦系數(shù)(表16-2)例：當(dāng)m=1、f=0.15、

Kf=1.2時(shí):F′≥6FR故用普通螺栓連接承受橫向載荷時(shí)，螺栓的尺寸很大FRF′F′F′F′FRμF'μF'mKf：可靠性系數(shù)，1.1~1.3應(yīng)將總工作載荷FR

均勻分配到每個(gè)螺栓上若連接有z

個(gè)螺栓，且各螺栓受載均勻則摩擦力：mμF′FR/zKf≥則單個(gè)螺栓所受到的橫向工作載荷等于單個(gè)螺栓所需的預(yù)緊力若各螺栓受載不均，則應(yīng)找出受載最大的螺栓，對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算用普通螺栓連接承受橫向載荷時(shí)，螺栓的尺寸較大，怎么辦？RR/2R/2改進(jìn)措施：②

采用無間隙的鉸制孔螺栓①

采用鍵、套筒、銷承擔(dān)橫向工作載荷R

而螺栓僅起連接作用3、受軸向載荷作用的普通孔螺栓連接：F′F′須根據(jù)

靜力平衡條件

和

變形協(xié)調(diào)條件

求解F0、F″

TF0F0FF″F″F′F′F螺栓所受的總拉力：F0=F′+F?×F″—剩余(或殘余)預(yù)緊力δ2δ1△δ1△δ2T變形協(xié)調(diào)條件：靜力平衡條件：

F0=F″+Fδ1≠δ2FF″F0未擰緊F′F′F′F′F0F0FFF″F″△δ1=△δ2=△δ螺栓總拉力剩余預(yù)緊力軸向外載荷變形力力力變形δ1δ2δ1δ2△δF′F′F0FF″θ1θ2螺栓被連接件F′螺栓剛度:C1=F'/δ1

被連接件剛度:C2=F'/δ2

—

Kc為螺栓相對(duì)剛度

—

為被聯(lián)接件相對(duì)剛度當(dāng)C2>>C1

時(shí)，

當(dāng)C2<<C1

時(shí)，

Kc≈0此時(shí)，F(xiàn)0≈F'此時(shí)，F(xiàn)0≈F'+FKc≈1就提高螺栓的強(qiáng)度而言，Kc

越小越好盡量降低螺栓剛度C1，提高被聯(lián)接件剛度C2

Kc的推薦值查表16-3（見下表）

被聯(lián)接件為鋼時(shí)所用墊片類型Kc（C1/C1+C2）金屬墊片（或無墊片）0.2~0.3皮革墊片0.7銅皮、石棉墊片0.8橡膠墊片0.9Kc與螺栓及被連接件的材料、結(jié)構(gòu)尺寸和墊片有關(guān)！受軸向拉伸載荷作用的螺栓強(qiáng)度條件：設(shè)計(jì)式：受軸向拉伸載荷作用的螺栓剩余預(yù)緊力應(yīng)滿足：1）一般連接F″=（0.2~0.6)F2）變載作用時(shí)F″=（0.6~1.0)F3）有緊密性要求時(shí)F″=（1.5~1.8)F螺母可能需補(bǔ)充擰緊，考慮扭剪應(yīng)力的影響，故乘以系數(shù)1.3！？如果F超過一定值，會(huì)出現(xiàn)F’’≤0的情況4、受橫向載荷作用的鉸制孔螺栓連接：R直接作用在螺栓上使螺栓桿受剪切和擠壓此類螺栓預(yù)緊力小，計(jì)算時(shí)忽略強(qiáng)度條件：d0

：螺栓桿受剪面直徑,即為光桿直徑鉸制孔用螺栓d0

＞dm

：接合面對(duì)數(shù)hmin：兩方向相比，較小擠壓高度設(shè)計(jì)時(shí)，按上述公式分別計(jì)算出d0

，取大值[τ]、[σp]查表16-7若是螺栓組連接，處理方法同前提高螺栓的強(qiáng)度主要措施：◆降低螺栓剛度A）柔性螺栓B）彈性元件◆增大被聯(lián)接件剛度A）金屬墊片B）密封環(huán)◆減小應(yīng)力集中◆避免附加彎曲應(yīng)力強(qiáng)度計(jì)算歸納如下：松螺栓：所受拉力F等于工作載荷緊螺栓：普通螺栓連接—

承受橫向載荷承受軸向載荷鉸制孔螺栓連接—

螺釘連接、雙頭螺柱連接的分析計(jì)算與普通螺栓連接相同還應(yīng)保證一定的殘余預(yù)緊力！螺栓連接的材料和許用應(yīng)力1、螺紋緊固件的材料和強(qiáng)度級(jí)別：一般連接：碳素鋼，如：Q235、10、45重要連接：合金鋼，如：40Cr、15MnVB常用材料：性能等級(jí)如：4.8級(jí)σb＝4×100MPaσs＝4

×8×10=320MPa強(qiáng)度極限：屈服極限：螺紋聯(lián)接件按機(jī)械性能分等級(jí)即性能等級(jí)反映了螺栓的機(jī)械性能常用材料和精度等級(jí)參見表16-52、許用應(yīng)力：許用拉應(yīng)力由表16-6決定先由表16-5確定好螺栓的材料、性能等級(jí)，查出強(qiáng)度極限ss

表16-6—

S與d有關(guān)控制預(yù)緊力時(shí)：S＝1.2～1.5不控制預(yù)緊力時(shí)，S查表16-6材料靜載荷變載荷M6～M16