单个螺栓的强度计算

§7.1螺纹联接的基本知识§7.2螺纹联接的预紧与防松§7.3单个螺栓联接的强度计算§7.4螺栓组联接的结构设计和受力分析§7.5螺纹联接件的材料和许用应力§7.6提高螺栓联接强度的措施§7.7滑动螺旋传动简介§7.8滚动螺旋传动简介第7章螺纹联接与螺旋传动7.1螺纹联接的基本知识左旋螺纹和右旋螺纹单线螺纹和多线螺纹螺纹分为内螺纹和外螺纹，二者共同组成螺纹副用于联接和传动。螺纹的牙型7.1.1螺纹的类型三角形矩形梯形锯齿形主要用于联接多用于传动7.1.2螺纹的主要参数大经d小径d1中经d2螺距P导程S升角l牙型角a、牙型斜角b7.1螺纹联接的基本知识。普通螺纹7.1.3常用螺纹的特点及应用管螺纹矩形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹7.1螺纹联接的基本知识1.螺栓联接7.1.4螺栓联接的基本类型7.1螺纹联接的基本知识7.1概述2.双头螺柱联接3.螺钉联接7.1螺纹联接的基本知识4.紧定螺钉联接7.1螺纹联接的基本知识7.1.5标准螺纹联接件1.螺栓、螺柱、螺钉联接件7.1螺纹联接的基本知识2.紧定螺钉、螺母7.1螺纹联接的基本知识3.垫圈7.1螺纹联接的基本知识7.2螺纹联接的预紧和防松一般螺纹联接在装配的时候都必须拧紧，以增强联接的可靠性、紧密性和防松能力。7.2.1螺栓联接的预紧对于一般联接，可凭经验来控制预紧力F0的大小，但对于重要的联接就要严格控制其预紧力。T=T1+T2=KF0d拧紧时扳手力矩为T可由测力矩扳手测定!式中K为拧紧力矩系数,可查表7.2螺纹联接的预紧和防松7.2.2螺栓联接的防松联接中常用的单线普通螺纹和管螺纹在冲击、震动或变载荷的作用下容易产生松脱现象。螺纹联接放松的根本问题在于要防止螺旋副的相对运动。常用的防松方法:摩擦防松机械防松:其他防松•弹簧垫圈•对顶螺母•尼龙圈锁紧螺母•开口销•带翅垫片•止动垫片7.3单个螺栓联接的强度计算单个螺栓联接的强度计算是螺纹联接设计的基础。根据联接的的工作情况，可将螺栓按受力形式分为受拉螺栓和受剪螺栓，两者失效形式是不同的。设计准则：针对具体的失效形式，通过对螺栓的相应部位进行相应强度条件的设计计算（或强度校核）。螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径d1，然后按照标准选定螺纹的公称直径（大经）d等。7.3.1受拉螺栓联接7.3单个螺栓联接的强度计算1.松螺栓联接强度条件：设计公式：][421dFAF][41Fd式中[s]为松联接螺栓的许用拉应力（MPa）,查表d1计算出后,再按标准查选螺纹的公称直径。2.紧螺栓联接只受预紧力紧螺栓联接7.3单个螺栓联接的强度计算螺栓螺纹部分处于拉伸与扭转的符合应力状态。螺栓危险界面上的拉伸应力为4210dF螺栓危险界面上的扭转剪切应力为162/)tan(163120311ddFdTvl7.3单个螺栓联接的强度计算对于常用的单线、三角形螺纹的普通螺栓，取fv=tanv=0.15，简化处理的=0.5，根据第四理论，可求出当量应力e为3.1)5.0(332222e因此，强度条件为：][3.1e即][43.1210dF设计公式为][3.1401Fd受横向外载荷的紧螺栓联接7.3单个螺栓联接强度计算载荷与螺栓轴向垂直，靠被联接件间的摩擦力传递。螺栓受载前需预紧,受载前后受力相同。螺栓内部危险截面上既有轴向预紧力F0形成的拉应力，又有因螺栓与螺纹牙面间的摩擦力矩T1而形成的扭转剪应力。受力特点螺栓预紧力mfFKFRf0当f=0.15、Kf=1.1、m=1时，可得RRFFF7115.01.10此结构，要使联接不发生滑动，螺栓要承受7倍于横向外载荷的预紧力。结构笨重、不经济。因此要避免这种结构，而采用新结构。承受轴向静载荷的紧螺栓联接7.3单个螺栓联接强度计算载荷方向与螺栓轴向一致,螺栓受载前需预紧,受载前后受力不同.螺栓内部危险截面上同样既有拉应力,又有扭转剪应力.受力特点强度条件:设计公式:式中FS为螺栓受载后所受的轴向总拉力(N),通过受载前对螺栓的预紧,和受载后螺栓轴向拉力的分析,可知这里F为单个螺栓的轴向载荷,F0'为残余轴向预紧力][4/3.121dF][3.141FdFS=F+F0'7.3单个螺栓联接强度计算7.3.2受剪切螺栓联接受力特点：螺栓受载前后不需预紧，横向载荷靠螺栓杆与螺栓孔壁之间的相互挤压传递。挤压强度条件剪切强度条件][psRpdF][4/2sRdmF7.4螺栓组联接的结构设计和受力分析要设计成轴对称的几何形状。7.4.1螺栓组联接的结构设计7.4螺栓组联接的结构设计和受力分析螺栓的布置应使螺栓的受力合理7.4螺栓组联接的结构设计和受力分析螺栓的布置应有合理的间距、边距7.4螺栓组联接的结构设计和受力分析同一组螺栓联接中各螺栓的直径和材料均应相同7.4螺栓组联接的结构设计和受力分析避免螺栓承受偏心载荷7.4螺栓组联接的结构设计和受力分析7.4.2螺栓组联接的受力分析螺栓组受力分析的目的是，根据螺栓组联接的结构和受载情况，求出受载最大的螺栓及其受力。受力分析是在作如下假设条件下进行的，即：同组中的各螺栓都受相同的预紧力。螺栓组的对称中心与被联接结合面的形心重合。被联接件为刚体,联接结合面为刚性平面。螺栓的变形在弹性范围内。7.4螺栓组联接的结构设计和受力分析螺栓组受力可划分为4种典型情况：受横向载荷的螺栓组联接受旋转力矩的螺栓组联接受轴向载荷的螺栓组联接受翻转力矩的螺栓组联接各种复杂受力情况都可看作以上四种情况的不同组合。7.5螺纹联接件的材料和许用应力7.5.1螺纹联接件的材料其它对螺纹有特殊要求（如防腐、耐高温）时，应选择有特殊性能的材料。一般螺纹联接件常用材料为低碳钢和中碳钢，如Q215、Q235、15、35、45等受冲击、振动和变载荷作用的螺栓可用合金钢，如15Cr、40Cr、30CrMnSi、15CrVB等7.5螺纹联接件的材料和许用应力螺栓材料的许用拉应力按下式确定:式中S为安全系数。紧联接螺栓若不控制预紧力，则S大小与螺栓直径和载荷性质有关，此时设计螺栓联接时，常用试算法确定S。即先预估螺栓直径，再与计算出的螺栓直径作比较后，对S作调整和计算。7.5螺纹联接件的材料和许用应力7.5.2螺纹联接的许用应力7.6提高螺栓联接强度的措施螺栓联接的强度主要取决于螺栓的强度，提高螺栓强度有以下几种措施：改善螺纹牙间的载荷分配内斜螺母环槽螺母悬置螺母螺纹牙间载荷分配关系减小螺栓的应力变化幅度7.6提高螺栓联接强度的措施受变载荷作用的螺栓，其应力也在一定的幅度内变动，减小螺栓刚度或增大被联接件刚度等皆可以使螺栓的应力变化幅度减小。减小螺栓刚度的方法a.柔性螺栓b.弹性元件7.6提高螺栓联接强度的措施增大被联接件刚度的方法a.金属垫片b.密封环减小应力集中7.6提高螺栓联接强度的措施7.6提高螺栓联接强度的措施避免附加弯曲应力7.7滑动螺旋传动简介螺旋运动是利用由螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。它主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递运动和动力的场合。7.7.1螺旋传动的类型传力螺旋传动螺旋调整螺旋7.7.2螺旋传动的结构及材料1.螺母结构整体螺母不能调整间隙，只能用在轻载且精度要求较低的场合组合螺母这种螺母便于操作，一般用于车床溜板箱的螺旋传动中2.螺杆结构通常采用牙型为矩形、提醒或锯齿形的右旋螺纹。特殊情况下也采用左旋螺纹。7.7滑动螺旋传动简介3.材料一般螺杆的选用原则如下：高精度传动十多选碳素工具钢需要较高硬度，可采用铬锰合金钢或者采用65Mn钢一般情况下可用45、50钢螺母材料可采用铸造锡青铜，重载低速的场合可选用铸造铝铁青铜，而轻载低速时也可选用耐磨铸铁。7.7滑动螺旋传动简介7.8滚动螺旋传动简介在螺杆和螺母制建设有封闭循环的滚道，在滚道间填充钢珠，使螺旋副的滑动摩擦变为滚动摩擦，提高传动效率，这种传动称为螺旋传动，又称为滚珠丝杠副。7.8.1滚珠丝杠的分类、特点和应用1.滚珠丝杠的分类按用途定位滚珠丝杠传动滚珠丝杠通过旋转角度和导程控制轴向位移量，称为P类滚珠丝杠用于传动动力的滚珠丝杠，称为T类滚珠丝杠7.8滚动螺旋传动简介按循环方式内循环滚珠丝杠外循环滚珠丝杠7.8滚动螺旋传动简介2.滚珠丝杠的特点及应用滚珠丝杠的优点滚动摩擦系数小，传动效率高启动扭矩接近运转扭矩，工作较平稳磨损小且寿命长，可用调整装置调整间隙，传动精度与刚度均得到提高不具有自锁性，可将直线运动变为回转运动7.8滚动螺旋传动简介滚珠丝杠的缺点结构复杂，制造困难在需要防止逆转的机构中，要加字所机构承载能力不如滑动螺旋传动大滚动丝杠多用在车辆转向机构及对传动精度要求较高的场合。7.8滚动螺旋传动简介7.8.2滚珠丝杠副的特征代号及标注精度等级类型(P/T)承载钢珠圈数螺纹旋向公称导程公称直径结构特征预紧方式循环方式7.8滚动螺旋传动简介螺栓联接双头螺柱联接螺钉联接紧定螺钉联接测力矩扳手弹簧垫圈对顶螺母尼龙圈锁紧螺母开口销带翅垫片止动垫片冲点法粘合法焊点法串联钢丝螺栓预紧前的受力分析螺栓加载后的受力分析螺纹牙间载荷分配关系弹性元件金属垫片密封环传力螺旋传动螺旋调整螺旋左旋右旋单线螺纹和多线螺纹