机械设计第6章螺纹联接(34节)

机械设计DesignofMachinery16.3单个螺栓联接的受力分析和强度计算按联接的类型、装配情况（预紧或不预紧）、载荷状态（静载荷或变载荷）等条件，确定螺栓的受力。按相应的强度条件计算螺栓危险剖面的直径（螺纹小径）或校核其强度。螺栓的其它部分（螺纹牙、螺栓头、光杆）和螺母、垫圈的结构尺寸，可按螺栓螺纹的公称直径在标准中查得。机械设计DesignofMachinery2失效形式和设计准则：受拉螺栓联接螺栓杆螺纹部分的断裂；σ≤[σ]受横向力铰制孔螺栓联接螺栓杆和孔壁间的压溃；σp≤[σp]螺栓杆被剪断；τ≤[τ]机械设计DesignofMachinery31.受拉松螺栓联接安装时，不必将螺母拧紧。承受工作载荷之前，联接不受力。螺栓所受载荷为工作载荷F][][][4][4121ssSFddFσs:材料屈服极限，表5.4；[Ss]：安全系数，表6.3~6.4强度条件：机械设计DesignofMachinery4紧螺栓联接的两种受力形式紧螺栓联接的两种受力形式受横向工作载荷的普通紧螺栓联接受轴向工作载荷的普通紧螺栓联接机械设计DesignofMachinery52.只受预紧力F’的紧螺栓联接（受横向载荷的紧螺栓联接）受力形式：普通螺栓联接承受横向载荷（拧紧螺母，产生预紧力F’，靠接合面间的摩擦力承受外载荷）以接触面之间不发生滑移为计算准则机械设计DesignofMachinery6螺栓受力分析和计算装配时，拧紧螺母，螺栓受预紧力引起的拉应力；在拧紧力矩的作用下，螺栓还受螺纹摩擦力矩T1的扭转而产生扭转剪应力。螺栓联接处于拉伸与扭转的复合应力状态下。复合应力状态下，用强度理论计算。机械设计DesignofMachinery7][3.1)5.0(3312.1,'32815.0,'3025.042)(162)(164222212211231231121xdddtgdFddtgddtgFdTdFovvovv度条件）根据第四强度理论（强）；（扭转剪应力拉伸应力：预紧力螺栓危险剖面的]['3.14][3.14121FddF或校核、设计公式：机械设计DesignofMachinery83.受预紧力F’和轴向工作载荷F的紧螺栓联接（受轴向工作载荷F的紧螺栓联接）螺栓总拉力F0=F’+F？F0≠F’+F机械设计DesignofMachinery9螺栓和被联接件的受力与变形受力变形螺栓被联接件螺栓被联接件a.螺母没拧紧0000b.拧紧螺母F’F’δ1δ2c.加工作载荷F0=F+F”F”δ1+Δδ1δ2-Δδ2机械设计DesignofMachinery10机械设计DesignofMachinery11FCCCFFFCCCFFFCCCFFFFF21102122120螺栓的总拉力为了保证螺栓联接的刚性和紧密性,剩余预紧力F”应该大于0。P108F无变化:F”=(0.2~0.6)FF有变化:F”=(0.6~1.0)F紧密联接:F”=(1.5~1.8)F机械设计DesignofMachinery124.受剪螺栓联接（受横向载荷的铰制孔用螺栓联接）zFFRs/][][]m[F4][4s2pspspsdhFdhFdmdF机械设计DesignofMachinery136.4螺栓组联接的受力分析目的：确定螺栓组中受力最大的螺栓及其所受工作载荷的大小。机械设计DesignofMachinery14假设1.被联接件为刚体(受载后联接结合面仍保持平面)；2.各螺栓直径、长度、材料和预紧力大小均相同；3.螺栓的应变在弹性范围内。机械设计DesignofMachinery15一.受轴向载荷FQ的螺栓组联接zFFQ:轴向工作载荷每个螺栓所受的机械设计DesignofMachinery16二.受横向载荷FR的螺栓组联接螺栓只受预紧力F’的作用，以联接接合面不发生滑移作为计算准则。每个螺栓所受的RfSFkzmFzmFkFSRf:最小预紧力普通螺栓组机械设计DesignofMachinery17铰制孔用螺栓组靠螺栓杆受剪，螺栓与被联接件孔表面之间的挤压来传递外载荷。zFFRs:剪切力每个螺栓所受的机械设计DesignofMachinery18三.受扭转力矩的螺栓组联接在T作用下，底板有绕通过螺栓组中心的轴线OO旋转的趋势；每个螺栓联接都受有横向力。机械设计DesignofMachinery19的距离各螺栓轴线到回转中心螺栓所需的预紧力件：根据底板的静力平衡条ifzSSSrFTkrFrFrF...21ziiSfrTkF1螺栓所需的预紧力假设接合面的摩擦力集中作用在各螺栓中心处；摩擦力与螺栓中心至底板旋转中心的连线垂直。受拉普通螺栓机械设计DesignofMachinery20受剪铰制孔用螺栓各螺栓的工作载荷与其中心至底板旋转中心的连线垂直。忽略联接中的预紧力和摩擦力。机械设计DesignofMachinery21成正比。各螺栓的剪力与距离螺栓剪切刚度相同，的距离成正比。其中心至底板旋转中心各螺栓的剪切变形量与底板静力平衡条件ziisississszszssrrFrrFFrFrFrFTrFrFrF12maxmaxmaxmaxmaxmax22112211......ziisrTrF12maxmax受剪铰制孔用螺栓机械设计DesignofMachinery22四.受翻转力矩的螺栓组联接采用受拉普通螺栓联接。拧紧后，螺栓受预紧力。假设被联接件为弹性体，但其接合面始终保持为平面。在M作用下底板有绕通过螺栓组中心OO翻转的趋势。机械设计DesignofMachinery23轴线的距离各螺栓轴线到底板对称各螺栓刚度相同。成正比。至底板翻转轴线的距离其中心各螺栓的拉伸变形量与底板的静力平衡条件iziiziiiizzrrMrFrrFrrFFrFrFrFMrFrFrF12maxmax12maxmaxmaxmaxmaxmax22112211......:ziirMrF12maxmax机械设计DesignofMachinery24例题一个托架的边板用6个铰制孔用螺栓联接，载荷与边板螺栓组的垂直对称轴线平行，哪种布置形式所用的螺栓直径最小？机械设计DesignofMachinery251、将力向螺栓组中心简化NmmPTNP6101530050000扭矩横向载荷机械设计DesignofMachinery262、求横向载荷P引起的剪力Fs1Fs2Fs3Fs4Fs6Fs5.103.86500003方向均向下相等每个螺栓所受剪力NzPFs机械设计DesignofMachinery273、求扭转力矩引起的剪力r1r2r3r4r5r6F’s6机械设计DesignofMachinery28max136245maxmax1366216224150/cos30173.21503086.61510173.23173.2386.62.310iirrrrrrrtgTrFFFFrNr1r2r3r4r5r6机械设计DesignofMachinery29r1r2r3r4r5r6各螺栓的总剪力是Fs与Fs’的合力2'2'max324242cos30(8.310)(2.310)...3.0510sssssFFFFFNFs3机械设计DesignofMachinery30螺栓组圆形布置时机械设计DesignofMachinery31NFFFrTFNzPFsssss4'max46'31053.2107.1150610156.103.8650000力相等每个螺栓扭矩产生的剪方向均向下生的剪力相等每个螺栓所受横向力产机械设计DesignofMachinery32螺栓组矩形布置时机械设计DesignofMachinery33NFNrrTrFmmrrmmrrrrrNzPFsss4max4226222maxmax'42226431max31077.2102752)7.167(47.167101524757.167)2150()150(.103.8650000求扭矩产生的剪力方向均向下的剪力相等每个螺栓受横向力产生机械设计DesignofMachinery346.5提高螺栓联接强度的措施可从以下几个方面提高螺栓的强度。1.均匀螺纹牙受力分配工作中，螺栓受拉，螺母受压，从而产生螺距差，导致旋合的各圈螺纹牙受载不均。8~10圈后螺纹几乎不受载荷办法：降低刚性，易变形、增加协调性，以缓和矛盾。采用悬置螺母、内斜螺母、环槽螺母，见图6.15。采用钢丝螺套，见图6.16。机械设计DesignofMachinery352.避免或减小附加应力机械设计DesignofMachinery363.减小应力集中机械设计DesignofMachinery374.降低应力幅若受的是变载，工作载荷在F1与F2之间变化，则螺栓拉力的拉力变幅为（p108)：211122aFFcFcc应力幅为：21121122()aaFFFcAdcc减小螺栓刚度或增大被联接件刚度都能达到减小应力幅的目的。5.改善制造工艺冷镦、碾压、氮化、喷丸等工艺均可提高螺栓的强度。机械设计DesignofMachinery38螺纹（螺栓组）联接的设计结构设计确定螺纹联接的类型和联接件的分布。参数设计确定螺纹联接件的尺寸。机械设计DesignofMachinery39结构设计目的合理确定联接结合面的几何形状。螺栓的布置形式和防松装置的结构。力求联接安全可靠，各螺栓和联接接合面间受力均匀，便于加工和装配。机械设计DesignofMachinery40结构设计时应考虑的问题1、联接结合面的几何形状应与机器的结构形状相适应。螺栓组轴对称布置机械设计DesignofMachinery412、螺栓数目分布在同一圆周上的螺栓数目应取成3，4，6，8，12等易于分度的数目，以便在圆周上钻孔时分度和加工。同一螺栓组中螺栓的材料、直径和长度均应相同，以简化结构和便于装配。机械设计DesignofMachinery42布置螺栓时，最小距离应考虑扳手所需活动空间；扳手空间查有关手册。螺栓间距：一般情况：t=(5~8)d要求接合严格密封：t=2.5d对接合面无要求时：t=10d3、螺栓的排列应有合理的间距、边距。机械设计DesignofMachinery43装拆螺栓的扳手空间机械设计DesignofMachinery444、避免螺栓承受偏心载荷螺栓头、螺母与底面的支承面应平整并与螺栓轴线垂直。螺栓承受偏心载荷的原因机械设计DesignofMachinery45凸台、沉头座和斜面垫圈5、设计可靠的防松装置