2螺栓组受力

第五章螺纹联接•5.5螺栓组的受力分析•目的：找出受力最大的螺栓，然后验算或者设计•一、受轴向载荷的螺栓组•力作用点过螺栓组的几何形心单个螺栓受力：zFF24dpP容器：二、受横向载荷的螺栓组横向载荷F∑的作用线与螺栓轴线垂直并通过螺栓组的几何对称中心，每个螺栓的受力相同1、普通螺栓联接FKzmFs0zmFKFs02、铰制孔螺栓联接每个螺栓所受工作剪力：zFF三、受旋转力矩的螺栓组联接1、普通螺栓联接TKrFsizi10力矩平衡条件：ziisrTKF10所需预紧力：2、铰制孔用螺栓联接变形协调条件ziiiziiiziirrFrrrFrFT12maxmax1maxmax1ziirTrF12maxmaxmaxmaxrFrFiimaxmaxrrFFii力矩平衡条件：受力最大的螺栓所受的工作剪力四、受翻转力矩的螺栓组联接翻转力矩M通过x-x轴并垂直于联接结合面的对称平面0F预紧力作用：螺栓受拉，被联接件受压螺栓的拉力和被联接件压力相同M作用后：Ｏ－Ｏ左侧Ｏ－Ｏ右侧螺栓继续拉长＞Ｆ０放松＜Ｆ０被联接件放松＜Ｆ０继续被压缩＞Ｆ０螺栓被联接件底边两侧所有螺栓受力之和力矩与翻转力矩Ｍ平衡zzLFLFM11maxmaxLFLFii变形协调条件ziiLMLF12maxmaxmaxmaxLLFFiiziiiziiiziiLLFLLLFLFM12maxmax1maxmax1受力最大的螺栓所受的工作拉力：螺栓的总拉力为：max02FCCCFFmbb][43.1212dFca][43.121Fd对被联接件：AzFP00maxminPPPPPPP][maxmax防止压碎防止出现间隙)(1maxbmmPCCCMWbmmCCC地基的相对刚度刚性大的地基、螺栓刚度较小1bmmCCCWMPmaxPPWMAzF][0max00minWMAzFP则：五、受复合载荷的螺栓组联接螺栓组受力分析五、螺栓组的布置1、一组螺栓的布置力求对称，以使结合面上所受载荷比较均匀。当联接受转矩T或翻转（倾覆）力矩M作用时，螺栓应尽量布置在结合面的边缘，以减小螺栓所受的载荷2、同一螺栓组的螺栓直径与长度应相同，以便于制造和装配3、分布在同一圆周上的螺栓数目应取为4、6、8、12等，便于划线和分度4、留有足够的扳手空间5、减少附加应力ambbadFCCC21minmax22FCCCFFFFmbb012以螺栓联接为例，螺栓联接的强度主要取决于螺栓的强度，因此，提高螺栓的强度，将大大提高联接系统的可靠性。1、降低应力幅2、改善螺纹牙载荷分布不均的现象3、减小应力集中的影响4、采用合理的加工工艺影响螺栓强度的因素主要有以下几个方面，或从以下几个方面提高螺栓强度。•5.6提高螺纹连接强度的措施1、降低影响螺栓疲劳强度的应力幅细腰螺栓空心螺栓弹性元件软垫片密封密封环密封改为2、改善螺纹牙载荷分布不均的现象理想状态实际情况受载之后受载之后螺纹牙实际受力工作中螺栓受拉伸长，螺母受压缩短，伸与缩的螺距变化差使紧靠支承面处第一圈受载最大，其余各圈（螺距P）依次递减，第十圈后基本不承受载荷。采用圈数过多的加厚螺母，不能提高联接的强度均载螺母悬置螺母：强度增加40%（螺母也受拉，与螺栓变形协调，使载荷分布均匀）环槽螺母：强度增加30%（螺母接近支承面处受拉）悬置螺母和环槽螺母都是全部或局部改变螺母旋合部分的变形性质，使之和螺栓变形性质相同，均为拉伸变形，从而使螺纹牙上载荷分布趋于均匀。内斜螺母：强度增加20%，接触圈减少，载荷上移内斜与环槽螺母：内斜与环槽螺母结合—强度增加40%3.减小应力集中的影响减小应力集中影响可以在螺栓上的螺纹、螺栓头和螺栓杆的过渡处以及螺栓横截面突变处等应力集中较大处卸荷结构来达到。为了避免螺纹联接产生附加弯曲应力，可以采取球面垫圈等措施来达到；同时应对螺母、螺栓头部和被联接件的支承面加工要求。提高装配精度。球面垫圈腰环螺栓4、采用合理的加工工艺冷镦螺栓头部、滚压螺纹例１、图示4个5.6级M16的普通螺栓固定在型号为25b的标准槽钢上，结合面摩擦系数为μ＝0.4，所受载荷为Ｐ＝16KN问：联接是否可靠？分析：载荷Ｐ简化到螺栓组几何形心，普通螺栓联接受横向载荷和旋转力矩作用，失效形式为螺栓被拉断或者发生滑移解：计算项目计算内容计算结果１、受力分析横向载荷旋转力矩Ｐ作用下单个螺栓受力Ｔ作用下单个螺栓受力螺栓承受最大载荷（２、３螺栓）KNmmT6800KNP16KNP16KNmmT6800KNPV44KNV4KNrrrrTrF7.17242322211maxKNF7.17maxKNF21maxKNF21max余弦定理２、求预紧力KNFKmmFKFSS632.1,4.0,100maxKNF630MPaS300查教材……页３、求许用应力５.６级5.1S表５－１0MPaSS200][MPa200][４、校核Ｍ１６螺栓mmd835.131查．．．手册MPadF5793.14210MPaAFC5.92max2202274mmdAc不安全５、改用铰制孔螺栓校核剪切强度Ｍ１６螺栓，d0=17mm,l=9mmMPaSS120][][][安全查．．手册校核挤压强度20153mmldApMPaAFPP3.137maxMPaP192][槽钢Ｑ２３５][PP安全查．．手册例２、已知：P=4800N,h=340mm,α=50°，b=150mm。求：设计此螺栓组联接P1P2P1P2M1M2计算项目计算内容计算结果１、结构设计普通螺栓、图示结构，螺栓个数为Ｚ＝４，对称布置4Z分析：设计螺栓组联接包括螺栓组的类型、结构设计（布置形式、个数）和尺寸设计解：２、受力分析轴向力（水平向右）NPP3677sin1NP36771横向力（垂直向下）NPP3085cos2NmmPPM1051015016021NZPF9191单NLMLFii1877412maxmaxNFFF2796max单210)(PKPCCCZFSmbm)(21PKFS2.0mbbCCCNmmM1051070NP30852翻转力矩（顺时针）P1作用下各螺栓受力Ｍ作用下螺栓受力螺栓工作载荷P２作用下不产生滑移的条件教材．．页NF27968.0mbmCCC2.1SK65200FNFCCCFFmbb707902MPaS240MPaS160][5.1NF7079265200F螺栓受的总拉力３、确定螺栓直径选材Q235，4.6级表５－１０MPa160][mmmmdmmd6.8106.10121mmd12mmFd6.8][3.1421PP][maxGB196-81粗牙普通螺纹４、校核工作能力防止压碎MPaWMPCCCZFAbmmp84.1)(110maxMPaBP1252505.05.0][安全，不致压碎MPaWMPCCCZFAbmmpp72.0)(1010minminNAAFSS8.11550214.802406.06.0)7.0~6.0(110防止泄露安全，不会出现间隙预紧力是否合适满足要求例3承受轴向载荷的单个螺栓所受载荷F=500N，预紧力F0=500N，螺栓的刚度cb，arctancb=30°，被联接件的刚度cm，arctancm=45°。1）绘制此螺栓联接的力——变形图，并确定螺栓总拉力F2。2）若将垫片改为较软的，使arctancb=60°，其他不变，F2=？3）比较上述两种情况，判断哪种密闭性好？注：此题用图解法求解。1002003004005006007008009001000N变形60°30°45°45°FF2F1FF2F1F0例4一钢板采用三个铰制孔螺栓联接,下列三个方案哪个最好?F3F3F3FL2aFL2aFmax=F3=FL2aF3+F3F3F3FL2aFL2aFmax=F1=F3=222231323aLFaFLFF3F3F3FL3aFl3aFL3aFmax=F2=222313150cos33233aLaLFaFLFaFLF比较：方案一：Fmax=FL2aF3+方案二：Fmax=22313aLF方案三：Fmax=2313aLaLF——差谁好？22313aLF2313aLaLF由：a534L=结论：1）当La534时，方案三最好。2）当La534时，方案二最好。例5指出下列各图中的错误。作业：6、8、9、105.7螺旋传动一、螺旋传动的类型和应用螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动。它主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递动力。螺旋传动常见的运动形式有：螺杆转动，螺母移动螺母固定，螺杆转动并移动传力螺旋螺旋传动按其用途不同，可分为以下三种类型:传导螺旋立式加工中心二维数控台原理图调整螺旋滑动螺旋滚动螺旋静压螺旋螺旋传动按其螺旋副摩擦性质的不同，又可分为：螺旋机构在机床的进给机构、起重设备、锻压机械、测量仪器、工具、夹具、玩具及其他工业装备中有着广泛的应用。齿形：梯形、锯齿形、矩形矩形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹二、滑动螺旋的结构和材料1．滑动螺旋的结构整体螺母组合螺母剖分螺母螺母结构:滑动螺旋的结构主要是指螺杆、螺母的固定和支承的结构形式。螺旋传动的工作刚度与精度等和支承结构有直接关系。固定螺钉调整螺钉调整楔快螺杆的材料强度、耐磨性和可加工性2．滑动螺旋的材料Ｑ255,45,50重要的螺杆需经热处理:65Mn,40Cr,20CrMnTi精密：9MnV,CrWMn,38CrMoAl螺母的材料强度、耐磨性和可加工性重载低速：ZCuAl10Fe3(铸铝铁青铜)重载：35球墨铸铁低速轻载：耐磨铸铁尺寸大螺母：钢、铸铁作外套，内部浇注青铜高速：浇注锡锑、铅锑合金三、滑动螺旋传动的设计计算主要失效形式:螺牙的磨损，还有可能牙剪切、失稳、不自锁等设计准则：按抗磨损确定直径，选择螺距；校核螺杆、螺母强度等。设计方法和步骤：1．耐磨性计算滑动螺旋的耐磨性计算，主要是限制螺纹工作面上的压力，其强度条件：5.3~2.1一般值越大，螺母越厚，螺纹工作圈数越多。式中:Ph75.030º锯齿形螺纹Ph5.0矩形和梯形螺纹螺纹工作高度][22phHdFPhudFp设计公式：令2dH则得：][2phFPd依据计算出的螺纹中径，按螺纹标准选择合适的直径和螺距。验算：10PHu若不满足要求，则增大螺距。对有自锁性要求的螺旋传动，应校核自锁条件：vvvarctancosarctan螺杆的强度条件：][ca2tan(2dFTv）式中，F为螺杆所受的轴向压力（或拉力），T为螺杆所受的扭矩，对于受力比较大的螺杆，需根据第四强度理论求出危险截面的计算应力：2122122)4343dTFdca（2．螺杆的强度计算3．螺母螺牙的强度计算，][DbuF][6b2buDbFl螺牙上的平均压力为：F/u其危险截面a–a的剪切强度条件和弯曲强度条件分别为：F/uπDπD2aa4．螺母外径与凸缘的强度计算对于支撑螺母，需要校核螺母本体的强度。1、螺母悬置部分危险截面b-b的拉伸强度]0.83[][][)(4)3.1~2.1(223bDDF其中2、凸缘与底座接触表面的挤压强度]3)[.1~5.1][][)(42324bPPPDDF其中3、凸缘根部的弯曲强度]