第二篇--螺纹联接习题课

第二篇联接要点：螺纹联接主要类型螺纹联接的预紧和防松单个螺栓联接的强度计算螺栓组联接的受力分析不同受力形式下螺栓组联接的强度计算联接性质载荷性质联接类型受力最大螺栓所受的力强度计算松螺栓联接轴向载荷F普通螺栓F或][421dF][41Fd联接性质载荷性质联接类型受力最大螺栓所受的力强度计算紧螺栓联接横向力FΣ普通螺栓联接或铰制孔用螺栓联接zifFKFS0zFF][413.1210dFca][43.101Fd][420dFPPldF][min0联接性质载荷性质联接类型受力最大螺栓所受的力强度计算紧螺栓联接转矩T普通螺栓联接或铰制孔用螺栓联接ziiSrfTKF10ziirrTF12maxmax][413.1210dFca][43.101Fd][420maxdFPPldF][min0max联接性质载荷性质联接类型受力最大螺栓所受的力强度计算紧螺栓联接轴向力FΣ普通螺栓联接其中：或倾覆力矩M普通螺栓联接其中：或FCCCFFmbb02zFFmax02FCCCFFmbbziiLMLF12maxmax][413.1212dFca][43.121Fd][413.1212dFca][43.121Fd例1：图示为一螺纹连接的拉杆结构，加在连接上的轴向载荷为F，两端均为粗牙普通螺纹，其许用拉应力[σ]=90MPa（N/mm2)，试确定：（1）所受应力最大的零件，并指出它的危险截面。（2）该连接所允许的轴向载荷F。解：这是一典型的松螺栓联接。（1）其他条件相同的情况下，受力截面积最小者就是应力最大的截面，对于螺纹是螺纹小径所决定的截面。此题有四个这样的截面，截面积最小的为危险截面。872.234294.1744221dAmm2对粗牙普通螺纹，查手册M20(dⅠ1=17.294mm)M27(dⅡ1=23.752mm)422.258)2027(4)(42222ddAmm2182.208)294.17752.23(4)(4222121ddAmm2mm2732.231)2732(4)(42222dDA可见最小，即所受应力最大的零件为Ⅱ，它的危险截面为Ⅱ′A][AF（2）因是松螺栓连接41087.1182.20890][AFN例2：图示联接中采用两个M20的螺栓，其许用拉应力[σ]=160MPa，被联接件结合面间摩擦系数f=0.2，若摩擦传力的可靠性系数KS=1.2，试计算该联接允许传递的横向工作载荷。F解：这是一个典型的普通螺栓联接受横向力作用的例子。FFFF22对M20的螺栓，查手册得d1=17.294mm则由][43.1210dFca得N289113.1160294.1743.1][4210dF由FKfziFS0得N192742.128911222.00SKfziFF例3．起重卷筒与大齿轮用8个普通螺栓联接在一起，如图所示，已知卷筒直径D=400mm，螺栓分布圆直径D0=500mm，被联接结合面间摩擦系数f=0.12，若摩擦传力的可靠性系数KS=1.2，起重钢索拉力Q=50000N，螺栓材料的许用拉应力[σ]=100MPa，试设计该螺栓组的螺栓直径。DQD0解：这是典型的普通螺栓联接受转矩T作用的例子。1、计算转矩TN·mm70102400500002DFT2、计算螺栓所需要的预紧力F0N·mmziiSrfTKF10500002500812.0102.173、确定螺栓直径d1mm768.28100500003.14][3.1401Fd查GB196—81，取M36的螺栓（d1=31.670mm28.768mm）讨论：1）此题也可改为，已知d查得d1，校核其强度，仍需先求F0][43.1210dFca2）也可改为，已知d查得d1，然后求出F0和Tmax，、，再由平衡条件求Qmax，43.1][210dFSziiKrfFT10max2maxmaxDTQ例4．图示为一汽缸盖螺栓组联接，已知缸内的工作压力p在0—1.5MPa之间变化，缸盖与缸体均为钢制，其结构尺寸如图所示，为保证气密性要求F1=（1.5~1.8）F，螺栓间距不得大于120mm，试选择螺栓材料，并确定螺栓数目和尺寸。解：这是一个典型的普通螺栓联接受轴向力作用的例子。F因为螺栓间距不得大于120mm所以取z=10个16.9120350zN73631~042502pF则每个螺栓所受的轴向工作拉力为N1.7363~0zFF因为有气密性要求，取FF）（8.1~5.11FF65.11螺栓所受总拉力N1951265.212FFFF又因是汽缸盖联接，选螺栓材料为45号钢，6.8级，查表5—8，MPa480SMPa2.3693.1480][SSmm353.92.369195123.14][3.1421Fd故选M12的螺栓d1=10.109mm9.353mm校核疲劳强度MPa1.2434212maxdFMPa8.22442.04212210mindFFdFMPa15.92minmaxa满足强度条件5.13.2)8.22415.92)(1.00.3(8.224)1.00.3(2202)2)(()(2minmin1atccaKKS例5．已知一个托架的边板用6个螺栓与相邻的机架相联接。托架受一与边板螺栓组的垂直对称轴线相平行、距离为300mm、大小为60kN的载荷作用。现有如图所示的三种螺栓布置形式，如采用铰制孔用螺栓联接，试问哪一种螺栓布置形式所用的螺栓直径最小？应当选用哪种布置形式？为什么？解：此螺栓联接，虽然外载荷与螺栓的轴线垂直，但没有通过螺栓组的对称中心，应将外载荷向螺栓组的对称中心简化，得一横向力和一转矩，是一个典型的铰制孔用螺栓联接受横向力和转矩T共同作用的例子。应分别按铰制孔用螺栓联接受横向力和铰制孔用螺栓联接受转矩T求出作用在螺栓上的横向工作剪力，再用矢量合成的方法求出受力最大的螺栓所受的力。FFkNkN·mm60F1800030060T对图a）kN106601zFFkN7.27)221.173(321.173321.173180002212max2ziirTrFkN7.3630cos2212221maxFFFFFFTFFTT1F1F1F1F1F1F2F2F2F2F2F2F1F1F1F1F1F1F1F1F1F1F1F1F2F2F2F2F2F2F2F2F2F2F2F2F对图b）kN106601zFFkN3021maxFFF对图c）kN106601zFFkN39.2475271.167471.167180002212max2ziirTrFkN63.3357.26cos2212221maxFFFFFkN20)2300(6230018000212max2ziirTrFFT1F1F1F1F1F1F2F2F2F2F2F2FFT1F1F1F1F1F1F2F2F2F2F2F2F因为图b）Fmax最小，最小，可见图b）的布置形式所用的螺栓直径最小，应当选用图b）所示的布置形式。][4max0Fd例6．解：此螺栓联接，虽然外载荷与螺栓的轴线平行，但没有通过螺栓组的对称中心，应将外载荷向螺栓组的对称中心简化，得一轴向力和一倾覆力矩，是一个典型的紧螺栓联接受轴向力和倾覆力矩M共同作用的例子。应分别按紧螺栓联接受轴向力和紧螺栓联接受倾覆力矩M求出作用在螺栓上的轴向载荷，再用代数合成的方法求出受力最大的螺栓所受的力。FFFellMF1F2FFeFMzFF1ziilMlF12max221maxFFFmax1max02FFFCCCFFmbb][3.1421FdFellMF1F2F解：例7．解：此螺栓联接，虽然外载荷与螺栓的轴线垂直，但没有作用在联接结合面上，应将外载荷向联接结合面简化，得一横向力和一倾覆力矩，是一个典型的紧螺栓联接受横向力和倾覆力矩M共同作用的例子。应分别按紧螺栓联接受横向力和紧螺栓联接受倾覆力矩M求出作用在螺栓上的载荷。FF1）指出该联接的失效形式和计算准则2）求保证联接不滑移所需要的预紧力F03）求螺栓最小直径d1FMmaxFFLFM解：FMmaxF（1）受载最大的螺栓被拉断1）失效形式和计算准则（2）接合面受载最大处被压溃（3）接合面受载最小处出现缝隙][43.1212dFca][0maxmaxPppPWMAzF00maxminWMAzFppPfziFKFS0max1max02FFFCCCFFmbb][3.1421Fd（4）有横向力F，保证底板不滑动的条件FKfzFS02）求保证联接不滑移所需要的预紧力F03）求螺栓最小直径d141212maxmax200200iziiMLMLF