螺栓组联接

螺纹要素的相关问题螺纹的分类及相关参数螺旋副的受力分析螺纹连接的相关问题螺纹连接的类型螺纹连接的强度计算螺纹连接使用中应注意的问题螺纹联接§5螺栓组联接的受力分析一、思路联接结构形式、外载荷类型—→螺栓受力情形—→找出受载最大螺栓—→按单个螺栓联接的计算方法计算二、基本假定1、各螺栓刚度相同；2、各螺栓F’相同；3、变形在弹性范围内；4、被联件为刚体；三、四种典型受载情况时的受力分析若作用在螺栓组上轴向总载荷FΣ作用线与螺栓轴线平行，并通过螺栓组的对称中心，则各个螺栓受载相同，每个螺栓所受轴向工作载荷为：通常，各个螺栓还承受预紧力的作用，当联接要有保证的残余预紧力为F”时，每个螺栓所承受的总载荷F0为。zFFF0=F”+F1、受轴向载荷的螺栓组联接（1）对于铰制孔用螺栓联接（图b），每个螺栓所受工作剪力为：（2）对于普通螺栓联接（图a），按预紧后接合面间所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷的要求，有：式中：z为螺栓数目。图示为由四个螺栓组成的受横向载荷的螺栓组联接。2．受横向载荷的螺栓组联接zFFFKzmfFS'fzmFKFS'或Ks为防滑系数，设计中可取Ks=1.1~1.3。F∑F∑F∑F∑b)a)特点：在转矩T作用下，底板有绕螺栓组形心轴线O-O旋转的趋势。横向力受拉螺栓受剪螺栓3、受旋转力矩T的螺栓组联接TKfrFfrFfrFsz'2'1'假设：当用普通螺栓连接时，螺栓连接接合面的摩擦力相等并集中在螺栓中心处；与螺栓中心至底板旋转中心的连线垂直。ziirfTKF1S'采用普通（受拉）螺栓这时，靠联接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩T。由静力平衡条件得：工作条件：Fs1r1+Fs2r2+…+Fszrz=T是靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩T。各螺栓的工作载荷与其中心至底板旋转中心的连线垂直。采用铰制孔用螺栓maxmaxrrFFissi代入工作条件中：ziizsrTrrrrTrF12max22221maxmax按剪切强度条件和挤压强度条件进行计算zszssrFrFrF2211或isisrFrFmaxmax各螺栓的剪切变形量与螺栓中心到底板旋转中心的距离ri成正比ri↑—→剪切变形量↑ri↑—→Fsi↑又螺栓的剪切刚度相同，故各螺栓受的横向工作剪力也与ri成正比变形协调条件：特点：在M作用下，底板有绕螺栓组形心轴翻转的趋势。作用M前：各螺栓受相同F’作用M后：左侧：F拉(不均匀)，右侧：F压(不均匀)→F’↓4、受翻转力矩M（倾覆力矩）的螺栓组联接工作条件：MrFrFrFzz2211变形协调条件：maxmax2211rFrFrFrFzzziizrrMrrrrMF12max22221maxmax并以此进行抗拉强度计算max211'0FCCCFF其它条件：附加校核ppMpFpWMAZF''max右侧边缘（即受压最大处）不压溃0''minWMAZFpMpFp左侧（即受压最小处）不出现缝隙FmaxFminPminPmax注意：此处没有考虑M作用后预紧力的变化→螺栓组受力分析（载荷类型、状态、形式）→求单个螺栓的最大工作载荷（判断哪个最大）→按最大载荷的单个螺栓设计（求d1—标准）→全组采用同样尺寸螺栓（互换的目的）螺栓组结构设计（布局、数目）总设计思路：单个螺栓连接的强度计算受拉螺栓即普通螺栓受剪螺栓即铰制孔用螺栓螺栓只受F’受轴向力Q的螺栓组连接zQFFFF''0FCCCFF2110'受翻转力矩M的螺栓组连接ziiLMLF12maxmaxmax211'0FCCCFFzmKRF'受横向力R的螺栓组连接：ziirKTF1'受扭转力矩T的螺栓组连接：强度条件：21'3.14dF强度条件：2103.14dF螺栓受F’和轴向力受剪螺栓即铰制孔用螺栓挤压强度条件：psphdF0mdFs204剪切强度条件：受横向力R的螺栓组连接zmRFsziisrTrF12maxmax受扭转力矩T的螺栓组连接受任意载荷螺栓组向形心简化———————→四种简单状态迭加——→受载最大螺栓——→按单个计算受任意载荷作用例：一钢板采用三个铰制孔螺栓联接,下列三个方案哪个最好?螺栓组连接受横向载荷和旋转力矩共同作用显然，使受力最大的螺栓承受较小的载荷是比较合理的螺栓布置方案。FF3F3F3FL2aFL2aFmax=F3=FL2aF3+FF3F3F3FL2aFL2aFmax=F1=F3=222231323aLFaFLFF3F3F3FL3aFl3aFL3aFmax=F2=222313150cos33233aLaLFaFLFaFLF因螺栓2所受的两力的夹角最小，故螺栓2所受横向载荷最大，即比较：方案一：Fmax=FL2aF3+方案二：Fmax=22313aLF方案三：Fmax=2313aLaLF——最差谁好？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：图示起重卷筒用螺栓与传动大齿轮相联接，起重量FW=4000N，8个螺栓均匀分布在D=500mm的圆周上，钢丝绳在卷筒上的工作直径D0=360~400mm；接合面间的摩擦系数f=0.15。试对螺栓组联接进行受力分析，并计算单个螺栓的受力（1）图a所示，普通螺栓联接;（2）图b所示，铰制孔用螺栓联接；（3）图c所示，普通螺栓联接;NmmDFTW50108240040002NFFWR500840008荷螺栓由横向力产生的载NDZTFT4002500810825载荷螺栓由旋转力矩产生的453212.单个螺栓受力，如图工作时卷筒顺时针转动1.将受力FW向中心简化，螺栓组受有横向力FW和旋转力矩T，且在工作直径D0=400时，旋转力矩最大：解：一.螺栓组受力分析NFFFTR900400500NfFKFn720015.09002.1'对普通螺栓联接，靠予紧力产生的摩擦力来传递横向力，其预紧力为：二.根据螺栓联接结构，进行单个螺栓计算45321（1）图a所示，普通螺栓联接：每个螺栓所受工作载荷的方向如图所示。经分析，螺栓5所受的工作载荷最大NFFFTR900400500*其不同之处在于：靠螺栓侧面直接传递工作载荷，而非靠摩擦力传递，因此对螺纹只需稍加拧紧，而在计算时不考虑预紧力的影响。（2）图b所示，铰制孔用螺栓联接45321铰制孔用螺栓联接所受的工作载荷和上述普通螺栓分析与计算相同，受力最大的也是螺栓5*NfFKFn320015.04002.1'其所受预紧力为：（3）图c所示，普通螺栓联接45321与图a的结构不同，在被联接件卷筒和大齿轮之间加工出有一定精度相配合的定位止口。此种结构力矩T仍由螺栓联接传递；而横向载荷Fw由止口承担起到了阻碍卷筒向下滑移的趋势，也就是承受了向下的载荷。因此本结构螺栓只承受转距T产生的横向力，而不承受载荷Fw产生的横向力，故其工作载荷为：F=FT=400N小结：通过上面三种情况的分析和计算，我们可以看出，虽然受到的外载荷相同，但是由于螺栓联接的类型不同，被联接件的结构不同，每个螺栓的受力情况会有很大差异，单个螺栓受力的大小可能相差很大。因此在机械设计中，结构设计的优劣必须给以足够重视。例：如图所示的支架受F力MABFOOHFVFHFVF将F力分解并向螺栓组形心及结合面平移，得：轴向载荷横向载荷翻转力矩HFVFBFAFMHV设计中，需要防止如下四种可能的失效形式：上沿开缝：下沿压溃：支架下滑：需要足够大的。F螺栓拉断：求出受力最大的螺栓拉力0minpmaxp］［p螺纹连接基本知识基本理论螺纹类型、特点应用螺纹连接类型与应用螺纹的拧紧与防松螺纹参数牙型分类与特点受力、效率与自锁螺栓连接双头螺柱连接螺钉连接紧定螺钉连接主要失效与设计准则单个螺栓连接的强度计算螺栓组连接的设计螺栓组的结构设计螺栓组的受力分析按单个螺栓连接的强度计算连接受轴向力连接受横向力连接受旋转力矩连接受翻转力矩螺栓联接螺栓组受力分析轴向力横向力旋转力矩翻转力矩F=FQ/zziirrMF12maxmaxzmFkFsRf受拉zFFRS/受剪ziisfrTkF1受拉ziisrTrF12maxmax受剪受拉螺栓受变载：][4/3.121dFv紧联接受F’和F][4/20dmFs][0psphdF][4/21dFσa影响疲劳强度][4/3.1210dFv单个螺栓强度计算受剪螺栓：松联接：仅受F’：受静载：F0=F+F”