12、第五章、螺纹联接和键联接(强度计算)

第五章螺纹联接和键联接（螺纹联接的强度计算）机械科教师：马少萍2005年9月制作复习旧课：（以提问形式进行）1、试述螺纹的形成、主要参数有哪些？2、螺纹联接预紧的目的是什么？3、螺纹联接为什么要防松？防松原理有几种？§5—3螺栓联接的强度计算针对不同零件的不同失效形式，分别拟定其设计计算方法，则失效形式是设计计算的依据和出发点。1、失效形式和原因受拉螺栓——螺栓杆和螺纹可能发生塑性变形或断裂；受剪螺栓——螺栓杆和孔壁间可能发生压溃或被剪断。b）失效原因：应力集中——促使疲劳裂纹的发生。a）失效形式——工程中螺栓联接多数为疲劳失效。受拉螺栓：设计准则为保证螺栓的抗拉强度；受剪螺栓：设计准则为保证螺栓的挤压强度和剪切强度。2、设计计算准则与思路一、松螺栓联接F如吊钩螺栓，工作前不拧紧，无预紧力，只有工作载荷F起拉伸作用。强度条件为：][421dF][41Fd（5-1）验算用（5-2）设计用d1——螺杆危险截面直径（mm）[σ]——许用拉应力N/mm2(MPa)σs——材料屈服极限Mpa见表5-1S——安全系数，见表5-2[σ]=σs/S二、紧螺栓联接——工作前有预紧力F‘工作前拧紧螺栓，在拧紧力矩T作用下，处于复合应力状态：即：螺栓既受预紧力F‘作用→产生拉伸应力σ又受螺纹摩擦力矩T1作用→产生扭转切应力τ接第四强度理论，复合应力下的螺栓的当量应力为：∴只受预紧力F‘的紧螺栓联接的强度条件为：校核公式：设计公式：（5.5）式（5.4）式（5.6）式1、仅承受预紧力F‘的紧螺栓联接式中：F‘为预紧力。普通螺栓受横向载荷R的紧螺栓联接计算：主要防止被联接件错动，分析如下：特点：杆孔间有间隙，靠拧紧的正压力F‘产生摩擦力来传递外载荷。此时，保证联接可靠(不产生相对滑移)的条件为：式中：K——防滑系数（可靠性系数）K=1.1~1.5；f——接合面间的摩擦系数；对钢或铸铁，f=0.1~0.16m——接合面数目；n——螺栓个数。由（5-7）式可求出预紧力F‘的计算公式为：（5.8）式求出预紧力F‘后，可不考虑横向力R的作用，相当于只受预紧力F‘作用的螺栓联接，此时应代入前述的强度公式（5.5）式和（5.6）式进行设计计算螺栓直径d的大小。注意：当普通螺栓联接受到较大的横向载荷，说明这种联接螺栓直径大，且在冲击振动变载下工作极不可靠。为增加可靠性，减小直径，简化结构，提高承载能力可采用如下减载装置：a)减载销b)减载套筒c)减载键2、承受预紧力F‘和轴向工作拉力的紧螺栓联接①工作特点：工作前拧紧，有预紧力F‘，工作后加上工作载荷F（即轴向拉力）。且在工作前和工作中载荷会发生变化。②工作原理：靠螺杆抗拉强度传递外载F。③解决问题：a)保证安全可靠的工作，F‘=？b)工作时螺栓总载荷，F0=？④分析如下：如右图a，螺母未拧紧,螺栓和被联接件都不受力.没有产生变形。图b，拧紧螺母处于预紧状态，但未承受轴向拉力，螺栓仅受预紧力F‘的拉伸作用，伸长量为δ1；被联接件受压缩作用，压缩量为δ2。如下图（b）示。图c，加载F后→工作状态,螺栓总拉力由预紧力F‘增加到F0，相应增长量由δ1增加到δ1+△δ，被联接件间的压力因螺栓进一步伸长而由F‘减小到F‘‘（称残余预紧力），相应的压缩量为δ2减小到δ2-△δ。如下图（c）示。⑤作图，为了更明确以简化计算（受力变形图）设：材料变形在弹性极限内，力与变形成正比单个紧螺栓联接受力变形图如左图：拧紧螺母时,螺栓与被联接件的力与变形右图：施加工作载荷F；螺栓与被联接件的力与变形从图线可看出，螺栓受工作载荷F时，其总载荷是F0，即：螺栓总拉力F0的表达式为：式中：F-螺栓拉力；F‘‘-残余预紧力；c1-螺栓刚度；c2-被联接件刚度；为螺栓相对刚度，一般取0.2-0.3⑥受预紧力F‘后再受轴向工作拉力F的螺栓，同时受到总拉力F0和螺纹摩擦力矩T1的共同作用，处于复合状态。此时，螺栓联接的强度计算为：设计公式：强度条件——验算公式：QpQpRRRRLmind03、铰制孔螺栓联接——防滑动特点：螺杆与孔间紧密配合，无间隙，由光杆直接承受挤压和剪切来传递外载荷R进行工作。][420dR螺栓的剪切强度条件为：螺栓与孔壁接触表面的挤压强度条件为：R——横向载荷（N）；d0——螺杆或孔的直径（mm）；Lmin——被联接件中受挤压孔壁的最小长度（mm），如图所示；[τ]——螺栓材料的许用剪应力，Mpa；[p]——螺栓或被联接件材料的的许用挤压应力，Mpa。（5.12）铰制孔螺栓能承受较大的横向载荷，但被加工件孔壁加工精度较高，成本较高。螺栓材料的许用剪应力计算公式为：螺栓或被联接件材料的许用挤压应力[p]为：对于钢：对于铸铁：小结：（3）、配合螺栓联接在承受横向载荷时的失效形式是螺栓及被联接件材料的剪断和压溃，所以其强度准则是校核剪切应力和挤压应力是否超过允许值。螺纹联接是常见的两种典型的联接方式，本节讲述的主要内容有：布置作业：P68练习与思考5-3-1为什么说螺栓联接的强度计算主要是确定螺纹小径d1？5-3-2什么是松螺栓联接？什么是紧螺栓联接？有什么区别？5-3-3普通螺栓和配合螺栓在受横向工作载荷时各受什么力？失效形式各是什么？补充题：下图为某圆柱形压力容器的端盖，试判别图中螺栓的拧紧顺序是否合理？如不正确应如何改正？（用数字表达）