05螺纹5-8

5.4单个螺栓联接的强度计算受拉螺栓：螺栓杆和螺纹部分的塑性变形和疲劳断裂受剪螺栓：螺栓杆被剪断，螺栓杆或孔壁的贴合面被压溃。螺纹联接的主要失效形式强度计算的目的：确定或验算螺栓直径。其它部分的尺寸以及螺母、垫圈的尺寸根据等强度条件按标准选定，一般不必计算。螺栓——90%疲劳破坏65%20%15%影响螺栓联接强度→外载荷、装配情况（预紧或不预紧）、材料等。螺纹联接的强度计算15.4.1普通螺栓联接的强度计算1.松螺栓联接的强度计算4/21dF校核式5.4单个螺栓联接的强度计算螺纹联接的强度计算1外载荷：横向载荷F螺栓受载——预紧力F0和拧紧力矩T11）只受预紧力的螺栓联接-——普通螺栓联接★特点：1）结构特点：孔径大于螺杆直径（两条线）2）螺栓受拉（与外载荷垂直）。3）靠预紧力产生的接合面摩擦力抵抗外载荷：4）加载后，螺栓受力不发生变化。5）考虑到预紧螺栓时的扳手力矩，螺栓还受扭转剪应力，因此应按复合应力状态对待。5.4单个螺栓联接的强度计算5.4.1普通螺栓联接的强度计算2.紧螺栓联接的强度计算F0F0FF螺纹联接的强度计算10214Fd拉应力：20v131tan()20.516tdFTWd扭转剪应力：0ca211.34Fd校核式：3.1322ca根据第四强度理论，计算应力:0141.3Fd设计式：受横向载荷的普通螺栓联接的强度条件对于受横向载荷的普通螺栓联接，仅管为拉扭复合应力状态，但可以近似等效简化为按纯拉伸状态，只需将拉力加大30%即可。5.4单个螺栓联接的强度计算F0F0FF螺纹联接的强度计算1当的横向载荷F较大时，由于要求F0≥F／f（f=0.2），即F0≥5F，→使结构尺寸较大→在变载荷作用下，摩擦系数的变动会使联接的可靠性降低→应考虑减载措施。受横向载荷的普通螺栓联接的减载措施使用抗剪切零件承受主要的横向载荷。5.4单个螺栓联接的强度计算螺纹联接的强度计算3FDDp受力：预紧力F0，工作拉力F，螺栓受总拉力F2=F0+F?2）受预紧力和轴向工作载荷的紧螺栓联接5.4单个螺栓联接的强度计算5.4.1普通螺栓联接的强度计算2.紧螺栓联接的强度计算承受工作载荷后螺纹联接的强度计算3δmδbFFΔδδb+ΔδΔδδm-Δδ残余预紧力预紧前预紧后螺栓被联接件无力无变形无力无变形受力F0变形δb受力F0变形δm受力F1变形δm－Δδ★受轴向载荷的紧螺栓联接受力—变形分析：结论：工作状态下螺栓所受的总拉力为：21FFF受力F1+F变形δb＋Δδ为保证联接的紧密性，应使F1＞05.4单个螺栓联接的强度计算F1F1F0F0F0F00bbtanbFC0mmmtanFC★受轴向载荷的螺栓联接：受力—变形协调图刚度210=+FFFFFbbmmtantanCFFFCbbmCFFCCm100bm-=-+=1CFFFFFCC残余预紧力20FFF螺栓总拉力bbm=CCC：相对刚度5.4单个螺栓联接的强度计算螺纹联接的强度计算3a212/4Fd21max2211/4/4FFFdd0min21/4Fcd2ca211.3/4Fd强度条件（校核式）：bbmCCC相对刚度：金属垫片0.2～0.3；皮革垫0.7；石棉铜皮垫0.8；橡胶垫0.9；设计计算式：2141.3Fd设计时：F2=F1+F有密封要求时：F1=（1.5～1.8）F★受轴向载荷的螺栓联接强度条件1）静强度条件最大应力：最小应力：应力幅为：2）疲劳强度条件（不考虑扭转剪应力）5.4单个螺栓联接的强度计算★思考：工作载荷在F′～F〞变化时螺栓的载荷如何变化？工作载荷：0～F总拉力：F2～F0σmin不变F2～F0→σmin、σmax→σa[σa]或:P28(3-24)式→SSca螺纹联接的强度计算15.4.2受横向载荷的铰制孔用螺栓联接Lmin螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为：螺栓杆的剪切强度条件为：Pmin0PLdF204dF注意:1)由于挤压应力分布复杂，此处采用投影面积近似计算。2)许用挤压应力应取螺栓和诸被联接件的最小值。3）挤压面积可能会因联接件厚度和杆上螺纹会有所不同。注意与普通螺栓联接的区别：孔径=杆径，受剪切和挤压（不考虑摩擦力矩和预紧力，因为较小）。5.4单个螺栓联接的强度计算螺纹联接的强度计算34/21dFPmin0PLdF204dF单个螺栓联接的强度计算小结（一）松螺栓联接（二）紧螺栓普通螺栓铰制孔用螺栓受横向载荷受轴向载荷2210211.3F=F+F=F+F4caFd0ca211.34Fd静强度疲劳强度注：对于螺栓联接螺纹牙的强度不需计算，标准中按等强度原则规定了螺母高度或螺纹拧入深度。5.4单个螺栓联接的强度计算maxminaa2或国家标准规定了螺纹联接件按材料的力学性能分出等级：螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为10级，P86表5-8螺纹联接件的材料与许用应力5.5螺纹联接件的材料与许用应力5.5.1螺纹联接件材料及性能等级性能等级的标记代号含义：“.”前得数字为公称抗拉强度极限σB的1/100，“.”的数字为屈强比的10倍国家标准规定了螺纹联接件按材料的力学性能分出等级：螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为10级螺纹联接件的材料与许用应力5.5螺纹联接件的材料与许用应力螺母的性能等级分为7级，P86表5-95.5.1螺纹联接件材料及性能等级国家标准规定了螺纹联接件按材料的力学性能分出等级：螺栓、螺柱、螺钉的性能等级分为10级，P86表5-8螺纹联接件的材料与许用应力螺母的性能等级分为7级，P86表5-9在一般用途的设计中，通常选用4.8级左右的螺栓，在重要的或有特殊要求设计中的螺纹联接件，要选用高的性能等级，如在压力容器中常采用8.8级的螺栓。螺母的性能等级应不低于与之相配螺栓的性能等级常用材料为Q215、Q235、35、45等碳素钢。当强度要求高时，还可采用合金钢，如15Cr、40Cr等。5.5.1螺纹联接件材料及性能等级5.5螺纹联接件的材料与许用应力螺纹联接件的材料与许用应力1）受静载荷：2）受变载荷（参看3-25式）1.受拉螺栓的许用应力P87表5-10Ss][Ss][5.5螺纹联接件的材料与许用应力-1min[]()aaKS2.受剪切螺栓的许用应力1）受剪切：2）受挤压：PsP][S（被联接件为钢）PBP][S（被联接件为铸铁）5.5.2螺纹联接件的许用应力螺纹联接组的设计15.6螺栓组联接的设计目的：被联接件几何形状、螺栓数目、分布形式等。1、为了便于加工制造和保证联接结合面受力均匀，通常联接结合面的几何形状都设计成轴对称的简单几何形状。2、为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周上的螺栓数目取成4、6、8等偶数。5.6.1螺栓组联接的结构设计大多数机械中螺栓都是成组使用的。3、螺栓布置应使各螺栓的受力合理。4、螺栓的排列应有合理的间距、边距。对于压力容器见表5-105、避免螺栓承受附加的弯曲载荷。原则：螺栓和结合面受力均匀合理，便于加工、装配、维修。螺栓组联接设计：结构设计、受力分析（找出受力最大螺栓）螺纹联接组的设计21．受横向载荷2．受转矩3．受轴向载荷4．受倾覆力矩目的：根据联接的结构和受载情况，求出Fmax假设：所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合；受载后联接接合面仍保持为平面。受力分析的类型：5.6.2螺栓组联接的受力分析FFriOOMTfF0fF0FF5.6螺栓组联接的设计螺纹联接组的设计3（1）铰制孔用螺栓联接（图b）（2）普通螺栓联接（图a）最大摩擦力必须大于或等于横向载荷（i为结合面数）1．受横向载荷的螺栓组联接zFF0sfFziKF0sKFFfzi或Ks为防滑系数，设计中可取Ks=1.1~1.3。F∑F∑F∑F∑b)a)螺栓数目工作剪力：设：工作载荷均分5.6螺栓组联接的设计5.6.2螺栓组联接的受力分析F0F0螺纹联接组的设计42．受转矩的螺栓组联接01020zsFfrFfrFfrKTTrFziii1（1）普通螺栓靠F0产生的摩擦力矩来抵抗转矩T(2)铰制孔用螺栓靠剪切和挤压作用来抵抗转矩TiirFrFmaxmaxZiirTrF12maxmax01sziiKTFfr5.6螺栓组联接的设计螺纹联接组的设计53．受轴向载荷的螺栓组联接若总载荷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：需每个螺栓保证残余预紧力为F1时，其所承受的总载荷F2为：zFFF2=F1+FFDDp5.6螺栓组联接的设计螺纹联接组的设计64．受倾覆力矩的螺栓组联接1）受力：倾覆力矩M作用:通过x-x轴并垂直于联接接合面的对称面内，预紧力为F0。ziLFM1iiZiLMLF12imaxmax2）假设：被联接件不出现缝隙，在弹性范围工作，受载后仍为平面。maxmaxLFLFii螺栓总拉力结合面残余压紧力3）作用力分析：。5.6螺栓组联接的设计螺纹联接组的设计64）受倾覆力矩联接的强度条件0Pmax[]PzFMAW0Pmin0zFMAWb20maxbmCFFFCC同时，防止结合面受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙：取受载最大螺栓，按受轴向载荷确定螺栓总载荷F2，再进行强度校核在实际设计中，螺栓组联接常常是上述4种简单受力情况的不同组合，通常螺栓受力只需将它们按矢量叠加即可。5.6螺栓组联接的设计提高螺纹联接强度的措施5.7提高螺纹联接强度的措施螺栓联接的强度主要取决于螺栓，因此，提高螺栓的强度，将大大提高联接系统的可靠性。影响螺栓强度的因素主要有以下几个方面：改善螺纹牙上载荷分布不均的现象降低影响螺栓疲劳强度的应力幅减小应力集中的影响采用合理的制造工艺提高螺纹联接强度的措施5.7提高螺纹联接强度的措施b20bmCFFFCCCb↓、Cm↑→ΔF和F2↓但残余预紧力F1↓为保证紧密性，适当增大预紧力F05.7.1降低螺栓的应力幅(影响螺栓疲劳强度)提高螺纹联接强度的措施5.7提高螺纹联接强度的措施(工作载荷F、残余预紧力F1不变。即D、E点保持不变)提高螺纹联接强度的措施★降低螺栓刚度的具体方法5.7提高螺纹联接强度的措施提高螺纹联接强度的措施★增大被联接件刚度的具体方法5.7提高螺纹联接强度的措施提高螺纹联接强度的措施5.7.2改善螺纹牙上载荷分布不均的现象---采用均载结构5.7提高螺纹联接强度的措施提高螺纹联接强度的措施5.7.3.减小应力集中5.7提高螺纹联接强度的措施5.7.4.采用合理的制造工艺采用冷镦螺栓头部和滚压螺纹的工艺方法，可以显著提高螺栓的疲劳强度。原因：1）不切断金属纤维。2）金属纤维流向合理。3）有冷作硬化现象。4）表层有残余预应力。滚压螺纹比切削螺纹提高强度30～40%；如热处理后滚压，疲劳强度提高70～100%。5.7提高螺纹联接强度的措施5.7.5.合理地布置螺栓★避免螺栓间载荷分配不均，采用减载结构5.7提高螺纹联接强度的措施C1、C2指导书P21表4-2★对螺栓排列的要求5.7提高螺纹联接强度的措施★避免附加弯矩的结构5.7提高螺纹联接强度的措施已知参数：FΣ=4800N;a=50°h=340mm;b=150mm例题：托架底板螺栓组连接设计解题要点：1.简化力学模型：MFΣhFΣV2.螺栓外载荷分析：F=Fa+Fmax2）满足螺栓强度条件：受轴向外载荷受拉螺栓总载荷F2=F0+△F;σ≤[σ]1）满足联接结合面在FΣV作用下不滑移条件,确定预紧力F0：（忽略M影响）3.设计准则：Fa:由FΣh产生的拉力;Fmax:由M产生的拉力3）满足结合面不被压溃条件（在残