1、會計學1機械設計螺紋連接的強計算機械設計螺紋連接的強計算3 緊螺栓聯接的強度計算緊螺栓聯接的強度計算緊螺栓聯接緊螺栓聯接強度計算強度計算僅受預緊力的緊螺栓聯接僅受預緊力的緊螺栓聯接受橫向工作載荷受橫向工作載荷的緊螺栓聯接的緊螺栓聯接同時受預緊力和工作拉力的同時受預緊力和工作拉力的緊螺栓聯接緊螺栓聯接第1頁/共33頁受橫向工作載荷受橫向工作載荷的緊螺栓聯接的緊螺栓聯接 螺栓桿與孔壁的擠壓螺栓桿與孔壁的擠壓強度強度條件條件： ppLdF min0螺栓桿的剪切強度條件：螺栓桿的剪切強度條件： 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用鉸制孔

2、用螺栓聯接當用鉸制孔用螺栓聯接時時第2頁/共33頁當用普通螺栓聯接時當用普通螺栓聯接時FF/2F/2F0F0T1 因橫向載荷是由預緊力在被聯因橫向載荷是由預緊力在被聯接件間產生的摩擦力來抵抗的，所接件間產生的摩擦力來抵抗的，所以應滿足以應滿足：FnfF0nfFF0第3頁/共33頁預緊力預緊力F0（拉伸應力）（拉伸應力）+ 螺紋螺紋摩擦力矩摩擦力矩T1（扭轉切應力）（扭轉切應力） 強度計算準則（與僅受預強度計算準則（與僅受預緊力的螺栓聯接相同）第四強緊力的螺栓聯接相同）第四強度理論：螺栓的計算應力為度理論：螺栓的計算應力為 ： 2102243 . 13 . 13dFcaFF/2F/2F0F0T1

3、校核式校核式第4頁/共33頁nfFF0設計式設計式 013 . 14Fd第5頁/共33頁同時受預緊力和工作拉力的同時受預緊力和工作拉力的緊螺栓聯接緊螺栓聯接FDDp 螺栓螺栓受受預緊力預緊力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 = ?第6頁/共33頁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F2F0第7頁/共33頁m被聯接件總壓縮被聯接件總壓縮量為：量為：b螺栓總伸長量為螺栓總伸長量為：FFF12螺栓中總拉力為：螺栓中總拉力為： F2(F2 F1)（1）式中式中F1為殘余預緊力為殘余預緊力F0F2

4、第8頁/共33頁 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螺栓螺栓被聯接件被聯接件合并后合并后mmbbCtgCtg預緊后：預緊后：第9頁/共33頁預緊且有工作載荷后：預緊且有工作載荷后：FF0ObOm力變形ABCbmbmF2FF1力與變形線圖力與變形線圖FFF12第10頁/共33頁 為保證連接的緊密性，應使為保證連接的緊密性，應使殘余預緊力殘余預緊力F1 0，一般根據連接的性質確定一般根據連接的性質確定F1的大小。的大小。FDDp推薦采用的推薦采用的F1為：為：對于用密封要求的連接，對于用密封要求的連接，F1=（1.51.8）F對于一般連接，工作

5、載荷穩定時，對于一般連接，工作載荷穩定時，F1=（0.20.6）F 工作載荷不穩定時，工作載荷不穩定時，F1=（0.61.0）F 第11頁/共33頁各力定義各力定義: :1、預緊力、預緊力F0（擰緊螺母后，作用在螺栓上的拉力和被聯件（擰緊螺母后，作用在螺栓上的拉力和被聯件上壓力）上壓力）2、工作拉力、工作拉力F（對螺栓聯接施加的外載荷）（對螺栓聯接施加的外載荷）3、 殘余預緊力殘余預緊力F14、螺栓、螺栓的的總拉力總拉力F2 FDDp第12頁/共33頁FFFFFFF1002那么：令：FCCCFCCFFFbmbmbmtgtgb由力與變形關系：FCCCFFFFFCCCFFmbbmbm00210或：

6、聯立二式求解得：FF0ObOm力變形ABCbmbmF2FF1（2）（3）FFF12（1）第13頁/共33頁強度計算強度計算 這時即可套用前面預緊力作用下螺栓強度計這時即可套用前面預緊力作用下螺栓強度計算式，考慮受載后補充擰緊，總載荷取總拉力算式，考慮受載后補充擰緊，總載荷取總拉力F2的的1.3倍倍21243.1dFca設計式：設計式：213.14Fd校核式校核式第14頁/共33頁疲勞強度計算疲勞強度計算第15頁/共33頁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螺栓中的應力變化范圍：螺栓中的應力變化范圍：（忽略螺紋間摩擦力矩）（忽略

7、螺紋間摩擦力矩）0214Fd2124dF第16頁/共33頁疲勞強度計算疲勞強度計算應力幅應力幅：那么，強度條件為：對重要零件，校核疲勞安全系數：21minmax22dFCCCmbbaambbadFCCC212SKKStccaminmaxmin122第17頁/共33頁聯接狀態受力特點計算式設計式松螺栓聯接承載前螺栓不受力，承載后螺栓受拉力緊螺栓聯接僅受預緊力作用的螺栓聯接受橫向載荷普通螺栓螺栓只受預緊力，靠摩擦力抵抗外載時，應控制預緊力鉸制孔用螺栓螺栓受預緊力，受工作載荷的剪切和擠壓作用取二式計算結果中較大的ds 選擇螺栓受軸向載荷工作前受預緊力，工作后受殘余預緊力及工作載荷共同作用靜強度疲勞強

8、度 同上 013 . 14Fd2141dF 013 .14FdFd41214103.1dFFnfF0 mdFs241psphdFFFFCCCFFmbb102214123.1dFca 213 .14FdambbadFCCC212SKKSatccaminmin122nfFF0214103.1dF第18頁/共33頁在強度計算公式中所使用的載荷必須是計入各種影響后螺栓承受的總的載荷：松螺栓聯接為工作載荷F；對只承受預緊力的緊螺栓聯接要考慮擰緊力矩的影響：為預緊力F0的1.3倍；對同時承受軸向工作載荷的緊螺栓聯接，考慮受載后補充擰緊，總載荷取總拉力F2的1.3倍。第19頁/共33頁 強度校核計算由機器要

9、求確定工作載荷由機器要求確定工作載荷F由工作性能要求確定工作狀態由工作性能要求確定工作狀態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緊力預緊力F1計算螺栓中的最大拉力計算螺栓中的最大拉力F2及危險截面最大應力及危險截面最大應力ca ca試選螺栓尺寸，確定試選螺栓尺寸，確定d1細節結構設計細節結構設計NOYES由工作性能要求確定工作狀態由工作性能要求確定工作狀態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緊力的殘余預緊力F1試選螺栓尺寸，確定試選螺栓尺寸，確定d1由機器要求確定工作載荷由機器要求確定工作載荷F由螺栓材料性能計算螺栓由螺栓材料性能計算螺栓可承受最大拉力可

10、承受最大拉力F2計算螺栓聯接中的殘余預緊力計算螺栓聯接中的殘余預緊力F1 11FF 細節結構設計細節結構設計NOYES確定螺栓預緊情況確定螺栓預緊情況F0第20頁/共33頁5-8 提高螺紋聯接強度的措施提高螺紋聯接強度的措施1 降低應力幅，提高螺栓疲勞強度降低應力幅，提高螺栓疲勞強度2 改善螺紋牙上載荷分布不均勻現改善螺紋牙上載荷分布不均勻現象象3 減小應力集中減小應力集中4 采用合理的制造工藝方法采用合理的制造工藝方法第21頁/共33頁1 降低應力幅，提高螺栓疲勞強度降低應力幅，提高螺栓疲勞強度 由式由式 可可知：知：減小螺栓剛度減小螺栓剛度Cb或增大被聯接件的剛度或增大被聯接件的剛度Cm都

11、都可以減小應力幅，提高螺栓的疲勞性能?？梢詼p小應力幅，提高螺栓的疲勞性能。但是，但是， F1減小，聯接的緊減小，聯接的緊密性受到了影響。密性受到了影響。可在不影響靜強度的可在不影響靜強度的條件下增大預緊力，以保持聯接緊密性。條件下增大預緊力，以保持聯接緊密性。21minmax22dFCCCmbbaFCCCFFmbm01第22頁/共33頁F1F2F1F2FF b bCbCbF0 b b b減少螺栓剛度減少螺栓剛度Cb加長螺栓加長螺栓第23頁/共33頁柔性螺栓：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第24頁/共33頁FFF2F2F1F1F0 m b m m mCmCm增加被

12、聯接件的剛度增加被聯接件的剛度Cm剛度大的墊圈剛度大的墊圈第25頁/共33頁2 改善螺紋牙上載荷分布不均勻現象改善螺紋牙上載荷分布不均勻現象 螺栓所受的總拉力是通過相接觸的螺紋牙面傳遞的，由于螺栓所受的總拉力是通過相接觸的螺紋牙面傳遞的，由于螺栓和螺母的剛度不同，變形性質不同，造成各圈螺紋牙螺栓和螺母的剛度不同，變形性質不同，造成各圈螺紋牙上的受力不同上的受力不同。第26頁/共33頁采用均載螺母，如：懸置螺母、環槽螺母、內斜螺母或環采用均載螺母，如：懸置螺母、環槽螺母、內斜螺母或環槽且內斜螺母、或用鋼絲螺套均槽且內斜螺母、或用鋼絲螺套均載。載。1015懸置螺母懸置螺母環槽螺母環槽螺母內斜螺母內

13、斜螺母1015內斜與環槽螺母內斜與環槽螺母第27頁/共33頁3 減小應力集中減小應力集中主要從螺栓結構上來說，加大過度部位圓角、設置卸載槽、設置卸載過渡結構、螺紋收尾處留退刀槽。r r零件幾何形狀結構尺寸發生變化，當受載時都產生應力集中 設計和制造中應增大過渡圓角，增加卸載結構，避免偏心載荷，提高制造精度。第28頁/共33頁從設計、裝配、制造上設法避免附加應力的產生。支承面不平支承面不平采用凸臺或沉孔結構采用凸臺或沉孔結構切削加工支承面切削加工支承面被聯接件變形太大被聯接件變形太大球面墊圈球面墊圈腰環螺栓腰環螺栓第29頁/共33頁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接件的疲勞強度。 采用冷墩螺栓頭部，滾壓螺紋，使應力集中變小，金屬流線