機(jī)械設(shè)計(jì)螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算

1、5-6 螺紋聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算螺紋聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算1 螺紋聯(lián)螺紋聯(lián)接接的失效形式和的失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)準(zhǔn)則2 松螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算松螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算3 緊螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算緊螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算3 緊螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算緊螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算緊螺栓聯(lián)接緊螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算僅受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接僅受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接受橫向工作載荷的緊螺栓聯(lián)接受橫向工作載荷的緊螺栓聯(lián)接同時(shí)受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓聯(lián)接同時(shí)受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓聯(lián)接受橫向工作載荷的緊螺栓聯(lián)接受橫向工作載荷的緊螺栓聯(lián)接 螺栓桿與孔壁的擠壓螺栓桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度強(qiáng)度條件：條件： ppLdF min0螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件：螺栓桿的剪

2、切強(qiáng)度條件： 420dFLmin擠壓面的最小高度擠壓面的最小高度, Lmin 1.25d0d0 光桿直徑光桿直徑當(dāng)用鉸制孔用螺栓聯(lián)接時(shí)當(dāng)用鉸制孔用螺栓聯(lián)接時(shí)當(dāng)用普通螺栓聯(lián)接時(shí)當(dāng)用普通螺栓聯(lián)接時(shí)FF/2F/2F0F0T1 因橫向載荷是由預(yù)緊力在被聯(lián)因橫向載荷是由預(yù)緊力在被聯(lián)接件間產(chǎn)生的摩擦力來(lái)抵抗的，所接件間產(chǎn)生的摩擦力來(lái)抵抗的，所以應(yīng)滿足以應(yīng)滿足：FnfF0nfFF0預(yù)緊力預(yù)緊力F0（拉伸應(yīng)力）（拉伸應(yīng)力）+ 螺紋螺紋摩擦力矩摩擦力矩T1（扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力）（扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力） 強(qiáng)度計(jì)算準(zhǔn)則（與僅受預(yù)強(qiáng)度計(jì)算準(zhǔn)則（與僅受預(yù)緊力的螺栓聯(lián)接相同）第四強(qiáng)緊力的螺栓聯(lián)接相同）第四強(qiáng)度理論：螺栓的計(jì)算應(yīng)力為度理論：

3、螺栓的計(jì)算應(yīng)力為 ： 2102243 . 13 . 13dFcaFF/2F/2F0F0T1校核式校核式nfFF0設(shè)計(jì)式設(shè)計(jì)式 013 . 14Fd同時(shí)受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓聯(lián)接同時(shí)受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓聯(lián)接FDDp 螺栓螺栓受受預(yù)緊力預(yù)緊力F0后，再在工作拉力后，再在工作拉力F 的作的作用下，螺栓的總拉力用下，螺栓的總拉力F2 = ?螺母未擰緊螺母未擰緊螺母已擰緊螺母已擰緊已承受工作載荷已承受工作載荷受力變形圖受力變形圖F2F0m被聯(lián)接件總壓縮被聯(lián)接件總壓縮量為：量為：b螺栓總伸長(zhǎng)量為：螺栓總伸長(zhǎng)量為：FFF12螺栓中總拉力為：螺栓中總拉力為： F2(F2 F1)（1）式中式中F1為殘

4、余預(yù)緊力為殘余預(yù)緊力F0F2 力與變形線圖力與變形線圖bF0Ob力變形變形mOm力F0mbObOm力力變形變形mbF0螺栓螺栓被聯(lián)接件被聯(lián)接件合并后合并后mmbbCtgCtg預(yù)緊后：預(yù)緊后：預(yù)緊且有工作載荷后：預(yù)緊且有工作載荷后：FF0ObOm力變形ABCbmbmF2FF1力與變形線圖力與變形線圖FFF12 為保證連接的緊密性，應(yīng)使為保證連接的緊密性，應(yīng)使殘余預(yù)緊力殘余預(yù)緊力F1 0，一般根據(jù)連接的性質(zhì)確定一般根據(jù)連接的性質(zhì)確定F1的大小。的大小。FDDp推薦采用的推薦采用的F1為：為：對(duì)于用密封要求的連接，對(duì)于用密封要求的連接，F(xiàn)1=（1.51.8）F對(duì)于一般連接，工作載荷穩(wěn)定時(shí)，對(duì)于一般連

5、接，工作載荷穩(wěn)定時(shí)，F(xiàn)1=（0.20.6）F 工作載荷不穩(wěn)定時(shí)，工作載荷不穩(wěn)定時(shí)，F(xiàn)1=（0.61.0）F 各力定義各力定義: :1、預(yù)緊力、預(yù)緊力F0（擰緊螺母后，作用在螺栓上的拉力和被聯(lián)件（擰緊螺母后，作用在螺栓上的拉力和被聯(lián)件上壓力）上壓力）2、工作拉力、工作拉力F（對(duì)螺栓聯(lián)接施加的外載荷）（對(duì)螺栓聯(lián)接施加的外載荷）3、 殘余預(yù)緊力殘余預(yù)緊力F14、螺栓、螺栓的的總拉力總拉力F2 FDDpFFFFFFF1002那么：令：FCCCFCCFFFbmbmbmtgtgb由力與變形關(guān)系：FCCCFFFFFCCCFFmbbmbm00210或：聯(lián)立二式求解得：FF0ObOm力變形ABCbmbmF2FF

6、1（2）（3）FFF12（1）強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算 這時(shí)即可套用前面預(yù)緊力作用下螺栓強(qiáng)度計(jì)算這時(shí)即可套用前面預(yù)緊力作用下螺栓強(qiáng)度計(jì)算式，考慮受載后補(bǔ)充擰緊，總載荷取總拉力式，考慮受載后補(bǔ)充擰緊，總載荷取總拉力F2的的1.3倍倍21243.1dFca設(shè)計(jì)式：設(shè)計(jì)式：213.14Fd校核式校核式疲勞強(qiáng)度計(jì)算疲勞強(qiáng)度計(jì)算軸向工作載荷變化范圍：軸向工作載荷變化范圍：0 F螺栓所受的總軸向拉力：螺栓所受的總軸向拉力：F0 F2螺栓中的應(yīng)力變化范圍：螺栓中的應(yīng)力變化范圍：（忽略螺紋間摩擦力矩）（忽略螺紋間摩擦力矩）0214Fd2124dF疲勞強(qiáng)度計(jì)算疲勞強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力幅應(yīng)力幅：那么，強(qiáng)度條件為：對(duì)重要零件，校核

7、疲勞安全系數(shù)：21minmax22dFCCCmbbaambbadFCCC212SKKStccaminmaxmin122聯(lián)接狀態(tài)受力特點(diǎn)計(jì)算式設(shè)計(jì)式松螺栓聯(lián)接承載前螺栓不受力，承載后螺栓受拉力緊螺栓聯(lián)接僅受預(yù)緊力作用的螺栓聯(lián)接受橫向載荷普通螺栓螺栓只受預(yù)緊力，靠摩擦力抵抗外載時(shí)，應(yīng)控制預(yù)緊力鉸制孔用螺栓螺栓受預(yù)緊力，受工作載荷的剪切和擠壓作用取二式計(jì)算結(jié)果中較大的ds 選擇螺栓受軸向載荷工作前受預(yù)緊力，工作后受殘余預(yù)緊力及工作載荷共同作用靜強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度 同上 013 . 14Fd2141dF 013 .14FdFd41214103.1dFFnfF0 mdFs241psphdFFFFCCCFFmb

8、b102214123.1dFca 213 .14FdambbadFCCC212SKKSatccaminmin122nfFF0214103.1dF在強(qiáng)度計(jì)算公式中所使用的載荷必須是計(jì)入各種影響后螺栓承受的總的載荷：松螺栓聯(lián)接為工作載荷F；對(duì)只承受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接要考慮擰緊力矩的影響：為預(yù)緊力F0的1.3倍；對(duì)同時(shí)承受軸向工作載荷的緊螺栓聯(lián)接，考慮受載后補(bǔ)充擰緊，總載荷取總拉力F2的1.3倍。 強(qiáng)度校核計(jì)算由機(jī)器要求確定工作載荷由機(jī)器要求確定工作載荷F由工作性能要求確定工作狀態(tài)由工作性能要求確定工作狀態(tài)下連接的緊密性要求確定殘余下連接的緊密性要求確定殘余預(yù)緊力預(yù)緊力F1計(jì)算螺栓中的最大拉力計(jì)算螺

9、栓中的最大拉力F2及危險(xiǎn)截面最大應(yīng)力及危險(xiǎn)截面最大應(yīng)力ca ca試選螺栓尺寸，確定試選螺栓尺寸，確定d1細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)NOYES由工作性能要求確定工作狀態(tài)由工作性能要求確定工作狀態(tài)下連接的緊密性要求確定需要下連接的緊密性要求確定需要的殘余預(yù)緊力的殘余預(yù)緊力F1試選螺栓尺寸，確定試選螺栓尺寸，確定d1由機(jī)器要求確定工作載荷由機(jī)器要求確定工作載荷F由螺栓材料性能計(jì)算螺栓由螺栓材料性能計(jì)算螺栓可承受最大拉力可承受最大拉力F2計(jì)算螺栓聯(lián)接中的殘余預(yù)緊力計(jì)算螺栓聯(lián)接中的殘余預(yù)緊力F1 11FF 細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)NOYES確定螺栓預(yù)緊情況確定螺栓預(yù)緊情況F05-8 提高螺紋聯(lián)接強(qiáng)度的措施

10、提高螺紋聯(lián)接強(qiáng)度的措施1 降低應(yīng)力幅，提高螺栓疲勞強(qiáng)度降低應(yīng)力幅，提高螺栓疲勞強(qiáng)度2 改善螺紋牙上載荷分布不均勻現(xiàn)改善螺紋牙上載荷分布不均勻現(xiàn)象象3 減小應(yīng)力集中減小應(yīng)力集中4 采用合理的制造工藝方法采用合理的制造工藝方法1 降低應(yīng)力幅，提高螺栓疲勞強(qiáng)度降低應(yīng)力幅，提高螺栓疲勞強(qiáng)度 由式由式 可可知：知：減小螺栓剛度減小螺栓剛度Cb或增大被聯(lián)接件的剛度或增大被聯(lián)接件的剛度Cm都都可以減小應(yīng)力幅，提高螺栓的疲勞性能?？梢詼p小應(yīng)力幅，提高螺栓的疲勞性能。但是，但是， F1減小，聯(lián)接的緊密減小，聯(lián)接的緊密性受到了影響。性受到了影響?？稍诓挥绊戩o強(qiáng)度的條件可在不影響靜強(qiáng)度的條件下增大預(yù)緊力，以保持聯(lián)接

11、緊密性。下增大預(yù)緊力，以保持聯(lián)接緊密性。21minmax22dFCCCmbbaFCCCFFmbm01F1F2F1F2FF b bCbCbF0 b b b減少螺栓剛度減少螺栓剛度Cb加長(zhǎng)螺栓加長(zhǎng)螺栓柔性螺栓：空心、腰桿柔性螺栓：空心、腰桿螺母下加彈性元件螺母下加彈性元件FFF2F2F1F1F0 m b m m mCmCm增加被聯(lián)接件的剛度增加被聯(lián)接件的剛度Cm剛度大的墊圈剛度大的墊圈2 改善螺紋牙上載荷分布不均勻現(xiàn)象改善螺紋牙上載荷分布不均勻現(xiàn)象 螺栓所受的總拉力是通過(guò)相接觸的螺紋牙面?zhèn)鬟f的，由螺栓所受的總拉力是通過(guò)相接觸的螺紋牙面?zhèn)鬟f的，由于螺栓和螺母的剛度不同，變形性質(zhì)不同，造成各圈螺紋于螺

12、栓和螺母的剛度不同，變形性質(zhì)不同，造成各圈螺紋牙上的受力不同牙上的受力不同。采用均載螺母，如：懸置螺母、環(huán)槽螺母、內(nèi)斜螺母或環(huán)槽采用均載螺母，如：懸置螺母、環(huán)槽螺母、內(nèi)斜螺母或環(huán)槽且內(nèi)斜螺母、或用鋼絲螺套均載。且內(nèi)斜螺母、或用鋼絲螺套均載。1015懸置螺母懸置螺母環(huán)槽螺母環(huán)槽螺母內(nèi)斜螺母內(nèi)斜螺母1015內(nèi)斜與環(huán)槽螺母內(nèi)斜與環(huán)槽螺母3 減小應(yīng)力集中減小應(yīng)力集中主要從螺栓結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，加大過(guò)度部位圓角、設(shè)置卸載槽、設(shè)置卸載過(guò)渡結(jié)構(gòu)、螺紋收尾處留退刀槽。r r零件幾何形狀結(jié)構(gòu)尺寸發(fā)生變化，當(dāng)受載時(shí)都產(chǎn)生應(yīng)力集中 設(shè)計(jì)和制造中應(yīng)增大過(guò)渡圓角，增加卸載結(jié)構(gòu)，避免偏心載荷，提高制造精度。從設(shè)計(jì)、裝配、制造上設(shè)法避免附加應(yīng)力的產(chǎn)生。支承面不平支承面不平采用凸臺(tái)或沉孔結(jié)構(gòu)采用凸臺(tái)或沉孔結(jié)構(gòu)切削加工支承面切削加工支承面被聯(lián)接件變形太大被聯(lián)接件變形太大球面墊圈球面墊圈腰環(huán)螺栓腰環(huán)螺栓4 采用合理的制造工藝方法 冷鐓螺栓頭部、滾壓螺紋的螺栓比切制螺紋疲勞性能好，另外，氮化、氰化、噴丸處理可提高螺紋聯(lián)接件的疲勞強(qiáng)度。 采用冷墩螺栓頭部，