机械设计螺纹连接的强度计算

§5-6螺纹联接的强度计算1螺纹联接的失效形式和设计准则2松螺栓联接的强度计算3紧螺栓联接的强度计算3紧螺栓联接的强度计算紧螺栓联接强度计算⑴仅受预紧力的紧螺栓联接⑵受横向工作载荷的紧螺栓联接⑶同时受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接⑵受横向工作载荷的紧螺栓联接螺栓杆与孔壁的挤压强度条件：ppLdFmin0螺栓杆的剪切强度条件：420dFLmin——挤压面的最小高度,Lmin≥1.25d0d0——光杆直径①当用铰制孔用螺栓联接时②当用普通螺栓联接时FF/2F/2F0F0T1因横向载荷是由预紧力在被联接件间产生的摩擦力来抵抗的，所以应满足：FnfF0nfFF0预紧力F0（拉伸应力）+螺纹摩擦力矩T1（扭转切应力）强度计算准则（与仅受预紧力的螺栓联接相同）第四强度理论：螺栓的计算应力为：2102243.13.13dFcaFF/2F/2F0F0T1校核式nfFF0设计式013.14Fd⑶同时受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接FDDp螺栓受预紧力F0后，再在工作拉力F的作用下，螺栓的总拉力F2=?螺母未拧紧螺母已拧紧已承受工作载荷受力变形图F2F0m被联接件总压缩量为：b螺栓总伸长量为：FFF12螺栓中总拉力为：F2(F2＞F1)（1）式中F1为残余预紧力F0F2力与变形线图λbF0Ob力变形λmOm力F0λmλbObOm力变形θmθbF0螺栓被联接件合并后mmbbCtgCtg预紧后：预紧且有工作载荷后：△FF0ObOm力变形ABCλbλm△λθbθmF2FF1力与变形线图FFF12为保证连接的紧密性，应使残余预紧力F1＞0，一般根据连接的性质确定F1的大小。FDDp推荐采用的F1为：对于用密封要求的连接，F1=（1.5～1.8）F对于一般连接，工作载荷稳定时，F1=（0.2～0.6）F工作载荷不稳定时，F1=（0.6～1.0）F各力定义:1、预紧力F0（拧紧螺母后，作用在螺栓上的拉力和被联件上压力）2、工作拉力F（对螺栓联接施加的外载荷）3、残余预紧力F14、螺栓的总拉力F2FDDpFFFFFFF1002那么：令：FCCCFCCFFFbmbmbmtgtgb由力与变形关系：FCCCFFFFFCCCFFmbbmbm00210或：联立二式求解得：△FF0ObOm力变形ABCλbλm△λθbθmF2FF1（2）（3）FFF12（1）强度计算这时即可套用前面预紧力作用下螺栓强度计算式，考虑受载后补充拧紧，总载荷取总拉力F2的1.3倍21243.1dFca设计式：213.14Fd校核式疲劳强度计算轴向工作载荷变化范围：0～F螺栓所受的总轴向拉力：F0～F2螺栓中的应力变化范围：（忽略螺纹间摩擦力矩）0214Fd2124dF～疲劳强度计算应力幅：那么，强度条件为：对重要零件，校核疲劳安全系数：21minmax22dFCCCmbbaambbadFCCC212SKKStccaminmaxmin122§5-5螺栓联接受力分析和强度分析总结联接状态受力特点计算式设计式松螺栓联接承载前螺栓不受力，承载后螺栓受拉力紧螺栓联接仅受预紧力作用的螺栓联接受横向载荷普通螺栓螺栓只受预紧力，靠摩擦力抵抗外载时，应控制预紧力铰制孔用螺栓螺栓受预紧力，受工作载荷的剪切和挤压作用取二式计算结果中较大的ds选择螺栓受轴向载荷工作前受预紧力，工作后受残余预紧力及工作载荷共同作用静强度疲劳强度同上013.14Fd2141dF013.14FdFd41214103.1dFFnfF0mdFs241psphdFFFFCCCFFmbb102214123.1dFca213.14FdambbadFCCC212SKKSatccaminmin122nfFF0214103.1dF螺栓联接受力分析和强度分析总结在强度计算公式中所使用的载荷必须是计入各种影响后螺栓承受的总的载荷：松螺栓联接为工作载荷F；对只承受预紧力的紧螺栓联接要考虑拧紧力矩的影响：为预紧力F0的1.3倍；对同时承受轴向工作载荷的紧螺栓联接，考虑受载后补充拧紧，总载荷取总拉力F2的1.3倍。•强度校核计算由机器要求确定工作载荷F由工作性能要求确定工作状态下连接的紧密性要求确定残余预紧力F1计算螺栓中的最大拉力F2及危险截面最大应力σcaca试选螺栓尺寸，确定d1细节结构设计NOYES由工作性能要求确定工作状态下连接的紧密性要求确定需要的残余预紧力[F1]试选螺栓尺寸，确定d1由机器要求确定工作载荷F由螺栓材料性能计算螺栓可承受最大拉力F2计算螺栓联接中的残余预紧力F111FF细节结构设计NOYES确定螺栓预紧情况F0§5-8提高螺纹联接强度的措施1降低应力幅，提高螺栓疲劳强度2改善螺纹牙上载荷分布不均匀现象3减小应力集中4采用合理的制造工艺方法1降低应力幅，提高螺栓疲劳强度由式可知：减小螺栓刚度Cb或增大被联接件的刚度Cm都可以减小应力幅，提高螺栓的疲劳性能。但是，F1减小，联接的紧密性受到了影响。★可在不影响静强度的条件下增大预紧力，以保持联接紧密性。21minmax22dFCCCmbbaFCCCFFmbm01F1F2F1′F2′△F′△Fb′bCb′CbF0b′bb⑴减少螺栓刚度Cb①加长螺栓②柔性螺栓：空心、腰杆③螺母下加弹性元件△F′△FF2′F2F1′F1F0m′bmm′mCm′Cm⑵增加被联接件的刚度Cm①刚度大的垫圈2改善螺纹牙上载荷分布不均匀现象螺栓所受的总拉力是通过相接触的螺纹牙面传递的，由于螺栓和螺母的刚度不同，变形性质不同，造成各圈螺纹牙上的受力不同。采用均载螺母，如：悬置螺母、环槽螺母、内斜螺母或环槽且内斜螺母、或用钢丝螺套均载。10~15˚悬置螺母环槽螺母内斜螺母10~15˚内斜与环槽螺母3减小应力集中⑴主要从螺栓结构上来说，加大过度部位圆角、设置卸载槽、设置卸载过渡结构、螺纹收尾处留退刀槽。r零件几何形状结构尺寸发生变化，当受载时都产生应力集中设计和制造中应增大过渡圆角，增加卸载结构，避免偏心载荷，提高制造精度。⑵从设计、装配、制造上设法避免附加应力的产生。支承面不平采用凸台或沉孔结构切削加工支承面被联接件变形太大球面垫圈腰环螺栓4采用合理的制造工艺方法冷镦螺栓头部、滚压螺纹的螺栓比切制螺纹疲劳性能好，另外，氮化、氰化、喷丸处理可提高螺纹联接件的疲劳强度。采用冷墩螺栓头部，滚压螺纹，使应力集中变小，金属流线合理，冷作硬化硬表面留有残余应力。滚压螺纹疲劳强度比切削提高30～40％，而且材料利用率高，生产效率高，制造成本低。实际证明螺栓的疲劳强度随直径的增大而降低，M20、M45、M75的螺栓疲劳极限之比约为2.5:1.5:1，所以对于受轴向变载荷的联接，应用数目较多的细长螺拴，但直径应不小于M12～M16。习题：P1015-4、5-9、5-10谢谢！