單個(gè)螺栓的強(qiáng)度計(jì)算

1、7.1 螺紋聯(lián)接的基本知識(shí)7.2 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊與防松7.3 單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算7.4 螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力分析7.5 螺紋聯(lián)接件的材料和許用應(yīng)力7.6 提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施7.7 滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)簡(jiǎn)介7.8 滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)簡(jiǎn)介第7章 螺紋聯(lián)接與螺旋傳動(dòng)7.1 螺紋聯(lián)接的基本知識(shí)左旋螺紋和右旋螺紋單線(xiàn)螺紋和多線(xiàn)螺紋 螺紋分為內(nèi)螺紋和外螺紋，二者共同組成螺紋副用于聯(lián)接和傳動(dòng)。螺紋的牙型7.1.1 螺紋的類(lèi)型三角形矩形梯形鋸齒形主要用于聯(lián)接多用于傳動(dòng)7.1.2 螺紋的主要參數(shù)大經(jīng)d 小徑d1中經(jīng)d2螺距P 導(dǎo)程S 升角l牙型角a、牙型斜角b7.1 螺紋聯(lián)接的基本知識(shí)。普通螺紋7.1.3 常用

2、螺紋的特點(diǎn)及應(yīng)用管螺紋矩形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋7.1 螺紋聯(lián)接的基本知識(shí)1.螺栓聯(lián)接7.1.4 螺栓聯(lián)接的基本類(lèi)型7.1 螺紋聯(lián)接的基本知識(shí)7.1 概述2.雙頭螺柱聯(lián)接3. 螺釘聯(lián)接7.1 螺紋聯(lián)接的基本知識(shí)4. 緊定螺釘聯(lián)接7.1 螺紋聯(lián)接的基本知識(shí)7.1.5 標(biāo)準(zhǔn)螺紋聯(lián)接件1.螺栓、螺柱、螺釘聯(lián)接件7.1 螺紋聯(lián)接的基本知識(shí)2.緊定螺釘、螺母7.1 螺紋聯(lián)接的基本知識(shí)3.墊圈7.1 螺紋聯(lián)接的基本知識(shí)7.2 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松 一般螺紋聯(lián)接在裝配的時(shí)候都必須擰緊，以增強(qiáng)聯(lián)接的可靠性、緊密性和防松能力。7.2.1 螺栓聯(lián)接的預(yù)緊 對(duì)于一般聯(lián)接，可憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)控制預(yù)緊力F0的大小，但對(duì)于重要的

3、聯(lián)接就要嚴(yán)格控制其預(yù)緊力。T=T1+T2=KF0d擰緊時(shí)扳手力矩為T(mén)可由測(cè)力矩扳手測(cè)定!式中K為擰緊力矩系數(shù),可查表7.2 螺紋聯(lián)接的預(yù)緊和防松7.2.2 螺栓聯(lián)接的防松 聯(lián)接中常用的單線(xiàn)普通螺紋和管螺紋在沖擊、震動(dòng)或變載荷的作用下容易產(chǎn)生松脫現(xiàn)象。 螺紋聯(lián)接放松的根本問(wèn)題在于要防止螺旋副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。常用的防松方法:n摩擦防松機(jī)械防松:其他防松彈簧墊圈對(duì)頂螺母尼龍圈鎖緊螺母開(kāi)口銷(xiāo)帶翅墊片止動(dòng)墊片7.3 單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算是螺紋聯(lián)接設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 根據(jù)聯(lián)接的的工作情況，可將螺栓按受力形式分為受拉螺栓和受剪螺栓，兩者失效形式是不同的。 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：針對(duì)具體的失效形式，通過(guò)對(duì)

4、螺栓的相應(yīng)部位進(jìn)行相應(yīng)強(qiáng)度條件的設(shè)計(jì)計(jì)算（或強(qiáng)度校核）。 螺栓聯(lián)接的計(jì)算主要是確定螺紋小徑d1，然后按照標(biāo)準(zhǔn)選定螺紋的公稱(chēng)直徑（大經(jīng)）d等。7.3.1 受拉螺栓聯(lián)接7.3 單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算1.松螺栓聯(lián)接強(qiáng)度條件：設(shè)計(jì)公式：421dFAF41Fd式中s為松聯(lián)接螺栓的許用拉應(yīng)力（MPa）,查表d1計(jì)算出后,再按標(biāo)準(zhǔn)查選螺紋的公稱(chēng)直徑。2.緊螺栓聯(lián)接只受預(yù)緊力緊螺栓聯(lián)接7.3 單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算螺栓螺紋部分處于拉伸與扭轉(zhuǎn)的符合應(yīng)力狀態(tài)。螺栓危險(xiǎn)界面上的拉伸應(yīng)力為4210dF螺栓危險(xiǎn)界面上的扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力為162/)tan(163120311ddFdTvl7.3 單個(gè)螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 對(duì)于常

5、用的單線(xiàn)、三角形螺紋的普通螺栓，取fv=tan v=0.15，簡(jiǎn)化處理的=0.5，根據(jù)第四理論，可求出當(dāng)量應(yīng)力e為3 . 1)5 . 0(332222e因此，強(qiáng)度條件為：3 . 1e即43 . 1210dF設(shè)計(jì)公式為3 . 1401Fd受橫向外載荷的緊螺栓聯(lián)接7.3 單個(gè)螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算 載荷與螺栓軸向垂直，靠被聯(lián)接件間的摩擦力傳遞。螺栓受載前需預(yù)緊,受載前后受力相同。螺栓內(nèi)部危險(xiǎn)截面上既有軸向預(yù)緊力F0形成的拉應(yīng)力，又有因螺栓與螺紋牙面間的摩擦力矩T1而形成的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力。受力特點(diǎn)螺栓預(yù)緊力mfFKFRf0當(dāng)f=0.15、Kf=1.1、m=1時(shí)，可得RRFFF7115. 01 . 10此結(jié)構(gòu)，

6、要使聯(lián)接不發(fā)生滑動(dòng)，螺栓要承受7倍于橫向外載荷的預(yù)緊力。結(jié)構(gòu)笨重、不經(jīng)濟(jì)。因此要避免這種結(jié)構(gòu)，而采用新結(jié)構(gòu)。承受軸向靜載荷的緊螺栓聯(lián)接7.3 單個(gè)螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算載荷方向與螺栓軸向一致,螺栓受載前需預(yù)緊,受載前后受力不同.螺栓內(nèi)部危險(xiǎn)截面上同樣既有拉應(yīng)力,又有扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力.受力特點(diǎn)強(qiáng)度條件: 設(shè)計(jì)公式:式中FS為螺栓受載后所受的軸向總拉力(N),通過(guò)受載前對(duì)螺栓的預(yù)緊,和受載后螺栓軸向拉力的分析,可知這里F為單個(gè)螺栓的軸向載荷, F0為殘余軸向預(yù)緊力4/3 . 121dF3 . 141FdFS=F+ F07.3 單個(gè)螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算7.3.2 受剪切螺栓聯(lián)接 受力特點(diǎn)：螺栓受載前后不需預(yù)緊，橫向

7、載荷靠螺栓桿與螺栓孔壁之間的相互擠壓傳遞。擠壓強(qiáng)度條件剪切強(qiáng)度條件psRpdF4/2sRdmF7.4 螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力分析要設(shè)計(jì)成軸對(duì)稱(chēng)的幾何形狀。7.4.1 螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7.4 螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力分析螺栓的布置應(yīng)使螺栓的受力合理7.4 螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力分析螺栓的布置應(yīng)有合理的間距、邊距7.4 螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力分析同一組螺栓聯(lián)接中各螺栓的直徑和材料均應(yīng)相同7.4 螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力分析避免螺栓承受偏心載荷7.4 螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力分析7.4.2 螺栓組聯(lián)接的受力分析 螺栓組受力分析的目的是，根據(jù)螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)和受載情況，求出受載最

8、大的螺栓及其受力。受力分析是在作如下假設(shè)條件下進(jìn)行的，即：同組中的各螺栓都受相同的預(yù)緊力。螺栓組的對(duì)稱(chēng)中心與被聯(lián)接結(jié)合面的形心重合。被聯(lián)接件為剛體,聯(lián)接結(jié)合面為剛性平面。螺栓的變形在彈性范圍內(nèi)。7.4 螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力分析螺栓組受力可劃分為4種典型情況：受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接受旋轉(zhuǎn)力矩的螺栓組聯(lián)接受軸向載荷的螺栓組聯(lián)接受翻轉(zhuǎn)力矩的螺栓組聯(lián)接各種復(fù)雜受力情況都可看作以上四種情況的不同組合。7.5 螺紋聯(lián)接件的材料和許用應(yīng)力7.5.1 螺紋聯(lián)接件的材料其它對(duì)螺紋有特殊要求（如防腐、耐高溫）時(shí)，應(yīng)選擇有特殊性能的材料。一般螺紋聯(lián)接件常用材料為低碳鋼和中碳鋼，如Q215、Q235、15、35

9、、45等受沖擊、振動(dòng)和變載荷作用的螺栓可用合金鋼，如15Cr、40Cr、30CrMnSi、15CrVB等7.5 螺紋聯(lián)接件的材料和許用應(yīng)力螺栓材料的許用拉應(yīng)力按下式確定: 式中S為安全系數(shù)。緊聯(lián)接螺栓若不控制預(yù)緊力，則S大小與螺栓直徑和載荷性質(zhì)有關(guān)，此時(shí)設(shè)計(jì)螺栓聯(lián)接時(shí)，常用試算法確定S。即先預(yù)估螺栓直徑，再與計(jì)算出的螺栓直徑作比較后，對(duì)S作調(diào)整和計(jì)算。7.5 螺紋聯(lián)接件的材料和許用應(yīng)力7.5.2 螺紋聯(lián)接的許用應(yīng)力7.6 提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施 螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度主要取決于螺栓的強(qiáng)度，提高螺栓強(qiáng)度有以下幾種措施：改善螺紋牙間的載荷分配內(nèi)斜螺母環(huán)槽螺母懸置螺母螺紋牙間載荷分配關(guān)系減小螺栓的應(yīng)力變化幅

10、度7.6 提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施 受變載荷作用的螺栓，其應(yīng)力也在一定的幅度內(nèi)變動(dòng)，減小螺栓剛度或增大被聯(lián)接件剛度等皆可以使螺栓的應(yīng)力變化幅度減小。減小螺栓剛度的方法a.柔性螺栓b.彈性元件7.6 提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施增大被聯(lián)接件剛度的方法a.金屬墊片b.密封環(huán)減小應(yīng)力集中7.6 提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施7.6 提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施避免附加彎曲應(yīng)力7.7 滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)簡(jiǎn)介 螺旋運(yùn)動(dòng)是利用由螺桿和螺母組成的螺旋副來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)要求的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的場(chǎng)合。7.7.1 螺旋傳動(dòng)的類(lèi)型傳力螺旋傳動(dòng)螺旋調(diào)整螺旋7.7.2 螺旋傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)及材料1.螺母結(jié)構(gòu)整體螺母不能

11、調(diào)整間隙，只能用在輕載且精度要求較低的場(chǎng)合組合螺母這種螺母便于操作，一般用于車(chē)床溜板箱的螺旋傳動(dòng)中2.螺桿結(jié)構(gòu) 通常采用牙型為矩形、提醒或鋸齒形的右旋螺紋。特殊情況下也采用左旋螺紋。7.7 滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)簡(jiǎn)介3.材料一般螺桿的選用原則如下：高精度傳動(dòng)十多選碳素工具鋼需要較高硬度，可采用鉻錳合金鋼或者采用65Mn鋼一般情況下可用45、50鋼 螺母材料可采用鑄造錫青銅，重載低速的場(chǎng)合可選用鑄造鋁鐵青銅，而輕載低速時(shí)也可選用耐磨鑄鐵。7.7 滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)簡(jiǎn)介7.8 滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)簡(jiǎn)介 在螺桿和螺母制建設(shè)有封閉循環(huán)的滾道，在滾道間填充鋼珠，使螺旋副的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，提高傳動(dòng)效率，這種傳動(dòng)稱(chēng)為螺旋傳動(dòng)

12、，又稱(chēng)為滾珠絲杠副。7.8.1 滾珠絲杠的分類(lèi)、特點(diǎn)和應(yīng)用1.滾珠絲杠的分類(lèi)按用途定位滾珠絲杠傳動(dòng)滾珠絲杠通過(guò)旋轉(zhuǎn)角度和導(dǎo)程控制軸向位移量，稱(chēng)為P類(lèi)滾珠絲杠用于傳動(dòng)動(dòng)力的滾珠絲杠，稱(chēng)為T(mén)類(lèi)滾珠絲杠7.8 滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)簡(jiǎn)介按循環(huán)方式內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠外循環(huán)滾珠絲杠7.8 滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)簡(jiǎn)介2.滾珠絲杠的特點(diǎn)及應(yīng)用滾珠絲杠的優(yōu)點(diǎn)滾動(dòng)摩擦系數(shù)小，傳動(dòng)效率高啟動(dòng)扭矩接近運(yùn)轉(zhuǎn)扭矩，工作較平穩(wěn)磨損小且壽命長(zhǎng)，可用調(diào)整裝置調(diào)整間隙，傳動(dòng)精度與剛度均得到提高不具有自鎖性，可將直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)7.8 滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)簡(jiǎn)介滾珠絲杠的缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難在需要防止逆轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)中，要加字所機(jī)構(gòu)承載能力不如滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)大 滾動(dòng)絲杠多用在車(chē)輛轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)及對(duì)傳動(dòng)精度要求較高的場(chǎng)合。7.8 滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)簡(jiǎn)介7.8.2 滾珠絲杠