联接螺栓强度计算方法

:0第 1 页 共 18 页联接螺栓的强度计算方法:0第 2 页 共 18 页一 连接螺栓的选用及预紧力：1、 已知条件：螺栓的s730MPa 螺栓的拧紧力矩 T=49N.m2、拧紧力矩：为了增强螺纹连接的刚性、防松能力及防止受载螺栓的滑动，装配时需要预紧。其拧紧扳手力矩 T 用于克服螺纹副的阻力矩 T1 及螺母与被连接件支撑面间的摩擦力矩 T2。装配时可用力矩扳手法控制力矩。公式：T=T1+T2=K* * d0F拧紧扳手力矩 T=49N.m其中 K 为拧紧力矩系数， 为预紧力 N d 为螺纹公称直径 mm0其中 K 为拧紧力矩系数， 为预紧力 N d 为螺纹公称直径 mmFK 值摩擦表面状态有润滑 无润滑精加工表面 0.1 0.12一般工表面 0.13-0.15 0.18-0.21表面氧化 0.2 0.24镀锌 0.18 0.22粗加工表面 - 0.26-0.3取 K0.28，则预紧力 T/0.28*10*10 -317500N0F3、 承受预紧力螺栓的强度计算：螺栓公称应力截面面积 As（mm ）=58mm 2外螺纹小径 d1=8.38mm:0第 3 页 共 18 页外螺纹中径 d2=9.03mm计算直径 d38.16mm螺纹原始三角形高度 h=1.29mm螺纹原始三角形根部厚度 b=1.12mm紧螺栓连接装配时，螺母需要拧紧，在拧紧力矩的作用下，螺栓除受预紧力F0 的拉伸而产生拉伸应力外，还受螺纹摩擦力矩 T1 的扭转而产生扭切应力，使螺栓处于拉伸和扭转的复合应力状态下。螺栓的最大拉伸应力 1(MPa)。=17500N/58*10-6m2=302MPa01sFA剪切应力：=0.5 =151 MPa1根据第四强度理论，螺栓在预紧状态下的计算应力:=1.3*302=392.6 MPa强度条件：=392.6 730*0.8=584预紧力的确定原则：拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限 的 80%。s4、 倾覆力矩倾覆力矩 M 作用在连接接合面的一个对称面内，底板在承受倾覆力矩之前，螺2031tan6vTdFW213.1ca021.34Fcad:0第 4 页 共 18 页栓已拧紧并承受预紧力 F0。作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩 M 平衡。已知条件：电机及支架总重 W1=190Kg，叶轮组总重 W2=36Kg，假定机壳固定，电机及支架、叶轮组重心到机壳左侧结合面 L=194mm.考虑冲击载荷，倾翻力矩 M 为：M=W1*(1+6.7)*0.22-W2*(1+6.7)*0.118=190*7.7*0.22-36*7.7*0.118=319.64N.mL1=0.258mL2=0.238mL3=0.166 L4=0.099m螺栓最大工作载荷： 12222134MLFaiiii222239.64x0.58x10.58x6x0.9Fa=167.26N式中：M螺栓组承受的总倾覆力矩（N.m）i每行螺栓数量L螺栓到接合面对称轴到距离(m)；z螺栓数量；5、 承受预紧力和工作载荷联合作用螺栓的强度计算：螺栓的最大拉力 F= 0F(1/2)cFa175000.3*167.2617550N螺栓的最大拉伸应力 2(MPa)。=17550N/58*10-6m2=302.58MPa2sFA剪切应力： 231tan6vTdFW:0第 5 页 共 18 页=0.5 =151.29 MPa2根据第四强度理论，螺栓在预紧状态下的计算应力:=1.3*302.58=393.35MPa强度条件：=393.35 730*0.8=584 MPa预紧力的确定原则：拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限 的 80%。s6. 只考虑预紧力作用，螺纹牙根部的强度计算:1）.螺纹牙根部的剪切强度计算:17500N0F b抗拉强度 700 Mpad38.16mmb=1.12mm=76 Mpa =438 Mpa730*.62）螺纹牙根部的弯曲强度校核计算式为: b=3 h/3.14*d3*8*1.1220F=3*17500/3.14*8.16*8*1.12*1.12=204 Mpa b=700 Mpa7.考虑预紧力和工作载荷联合作用，螺纹牙根部的强度计算:231.2ca21.34Fcad01750.14.48*.2FdbZ:0第 6 页 共 18 页1）.螺纹牙根部的剪切强度计算:螺栓的最大拉力 F= 0F(1/2)cFa175000.3*167.2617550Nd38.16mmb=1.12mm=76.44 Mpa =438Mpa730*.62）螺纹牙根部的弯曲强度校核计算式为: b=3 h/3.14*d3*8*1.122F=3*17550/3.14*8.16*8*1.12*1.12=204 .76Mpa b=700 Mpa结论：后盖板与机壳联接螺栓强度满足要求。二、 进风箱柜与机壳连接螺栓的选用及预紧力：1.已知条件：螺栓的s730MPa 螺栓的拧紧力矩 T=49N.m2、螺纹连接的拧紧力矩：为了增强螺纹连接的刚性、防松能力及防止受载螺栓的滑动，装配时需要预紧。其拧紧扳手力矩 T 用于克服螺纹副的阻力矩 T1 及螺母与被连接件支撑面间的摩擦力矩 T2。装配时可用力矩扳手法控制力矩。公式：T=T1+T2=K* * d0F拧紧扳手力矩 T=49N.m其中 K 为拧紧力矩系数， 为预紧力 N d 为螺纹公称直径 mm0其中 K 为拧紧力矩系数， 为预紧力 N d 为螺纹公称直径 mmF1750.1448.2*FdbZ:0第 7 页 共 18 页K 值摩擦表面状态有润滑 无润滑精加工表面 0.1 0.12一般工表面 0.13-0.15 0.18-0.21表面氧化 0.2 0.24镀锌 0.18 0.22粗加工表面 - 0.26-0.3取 K0.28，则预紧力 T/0.28*10*10 -317500N0F3.只承受预紧力螺栓的强度计算：螺栓公称应力截面面积 As（mm ）=58mm 2外螺纹小径 d1=8.38mm外螺纹中径 d2=9.03mm计算直径 d38.16mm螺纹原始三角形高度 H=1.29mm紧螺栓连接装配时，螺母需要拧紧，在拧紧力矩的作用下，螺栓除受预紧力F0 的拉伸而产生拉伸应力外，还受螺纹摩擦力矩 T1 的扭转而产生扭切应力，使螺栓处于拉伸和扭转的复合应力状态下。螺栓的最大拉伸应力 1(MPa)。=17500N/58*10-6m2=302MPa01sFA剪切应力： 2031tan6vTdFW:0第 8 页 共 18 页=0.5 =151 MPa1根据第四强度理论，螺栓在预紧状态下的计算应力:=1.3*302=392.6 MPa强度条件：=392.6 730*0.8=584 MPa预紧力的确定原则：拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限 的 80%。s4. 倾翻力矩已知条件：进风箱柜总重 52Kg,重心距结合面 120mm则倾翻力矩 M 为：M=（W*L52*（16.7）*0.12=41.904*7.7Kg.m=480N.mL1=0.258mL2=0.238mL3=0.166L4=0.099m螺栓最大工作载荷： 12222134MLFaiiii2222480x.5x10.58.3.6x0.9Fa=243N式中：M螺栓组承受的总倾覆力矩（N.m）i每行螺栓数量213.1ca021.34Fcad:0第 9 页 共 18 页L螺栓到接合面对称轴到距离(m)；z螺栓数量；5.承受预紧力和工作载荷联合作用螺栓的强度计算：螺栓的最大拉力 F= 0F(1/2)cFa175000.3*24317572.9N螺栓的最大拉伸应力 2(MPa)。=17572.9N/58*10-6m2=302.98MPa2sFA剪切应力：=0.5 =151.5 MPa2根据第四强度理论，螺栓在预紧状态下的计算应力:=1.3*302.98=393.87MPa强度条件：=393.87 730*0.8=584预紧力的确定原则：拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限 的 80%。s6. 只考虑预紧力作用，螺纹牙根部的强度计算:1）.螺纹牙根部的剪切强度计算:17500N0Fd38.16mm231tan6vTdFW231.2ca21.34Fcad:0第 10 页 共 18 页b=1.12mm=76 Mpa =438Mpa730*.62）螺纹牙根部的弯曲强度校核计算式为: b=3 h/3.14*d3*8*1.1220F=3*17500/3.14*8.16*8*1.12*1.12=204 Mpa b=700 Mpa7.考虑预紧力和工作载荷联合作用，螺纹牙根部的强度计算:1）.螺纹牙根部的剪切强度计算:螺栓的最大拉力 F= 0F(1/2)cFa175000.3*24317572.9Nd38.16mmb=1.12mm=76.5 Mpa =438Mpa730*.62）螺纹牙根部的弯曲强度校核计算式为: b=3 h/3.14*d3*8*1.122F=3*17572.9/3.14*8.16*8*1.12*1.12=205Mpa b=700 Mpa结论：进风箱柜与机壳连接螺栓强度满足要求。三叶轮轴盘与叶轮连接螺栓的选用及预紧力：1.已知条件：螺栓的s730MPa 螺栓的拧紧力矩 T=49N.m2、螺纹连接的拧紧力矩：1750.1448.*2FdbZ152.93.14*.48*FdbZ:0第 11 页 共 18 页为了增强螺纹连接的刚性、防松能力及防止受载螺栓的滑动，装配时需要预紧。其拧紧扳手力矩 T 用于克服螺纹副的阻力矩 T1 及螺母与被连接件支撑面间的摩擦力矩 T2。装配时可用力矩扳手法控制力矩。公式：T=T1+T2=K* * d0F拧紧扳手力矩 T=49N.m其中 K 为拧紧力矩系数， 为预紧力 N d 为螺纹公称直径 mm0其中 K 为拧紧力矩系数， 为预紧力 N d 为螺纹公称直径 mmFK 值摩擦表面状态有润滑 无润滑精加工表面 0.1 0.12一般工表面 0.13-0.15 0.18-0.21表面氧化 0.2 0.24镀锌 0.18 0.22粗加工表面 - 0.26-0.3取 K0.28，则预紧力 T/0.28*10*10 -317500N0F3.只承受预紧力螺栓的强度计算：螺栓公称应力截面面积 As（mm ）=58mm 2外螺纹小径 d1=8.38mm外螺纹中径 d2=9.03mm计算直径 d38.16mm螺纹原始三角形高度 H=1.29mm紧螺栓连接装配时，螺母需要拧紧，在拧紧力矩的作用下，螺栓除受预紧力:0第 12 页 共 18 页F0 的拉伸而产生拉伸应力外，还受螺纹摩擦力矩 T1 的扭转而产生扭切应力，使螺栓处于拉伸和扭转的复合应力状态下。螺栓的最大拉伸应力 1(MPa)。=17500N/58*10-6m2=302MPa01sFA剪切应力：=0.5 =151 MPa1根据第四强度理论，螺栓在预紧状态下的计算应力:=1.3*302=392.6 MPa强度条件：=392.6 730*0.8=584预紧力的确定原则：拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限 的 80%。s4.承受预紧力和工作载荷联合作用螺栓的强度计算：1） 、叶轮转矩。2031tan6vTdFW213.1ca021.34Fcad:0第 13 页 共 18 页950npM式中：P 通风机功率 (kw)； n通风机转速(r/min)。已知：P 通风机功率 11(kw)； n通风机转速 2930(r/min)。叶轮转矩。195023nM35.9()nMNm2） 、叶轮轮盘与轴盘连接螺栓的选用：联接应预紧，受转矩后，被联接件不得有相对滑动。螺栓联接：螺栓所在的圆周半径 0.09 (m)；螺栓直径 M10；螺栓数量 6；普通螺栓联接，各螺栓受力： 1nKTFrz式中：Kn可靠性系数，通常取 1.2T作用在联接结合面内的转矩(N.m)， ；nMT预紧联接结合面的磨擦因数，取 0.15；r螺栓所在的圆周半径(m)；z螺栓数量。由以上公式计算出传递转矩螺栓所需的每个螺栓的工作载荷 Fa（N） ；假设:0第 14 页 共 18 页螺栓受力相同；=1063.68N 通过以上计算结果取每个螺栓的工作载荷1.2*35.9046F螺栓的最大拉力 F= 0F(1/2)cF175000.3*1063.6817819.10N螺栓的最大拉伸应力 2(MPa)。=17819.1N/58*10-6m2=307.22MPa2sFA剪切应力：=0.5 =153.61MPa2根据第四强度理论，螺栓在预紧状态下的计算应力:=1.3*307.22=399.38MPa强度条件：=399.38 730*0.8=584预紧力的确定原则：拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限 的 80%。s5. 只考虑预紧力作用，螺纹牙根部的强度计算:1）.螺纹牙根部的剪切强度计算:17500N0F231tan6vTdFW231.2ca21.34Fcad:0第 15 页 共 18 页d38.16mmb=1.12mm=76 Mpa =438Mpa730*.62）螺纹牙根部的弯曲强度校核计算式为: b=3 h/3.14*d3*8*1.1220F=3*17500/3.14*8.16*8*1.12*1.12=204 Mpa b=700 Mpa6.考虑预紧力和工作载荷联合作用，螺纹牙根部的强度计算:1）.螺纹牙根部的剪切强度计算:螺栓的最大拉力 F= 0F(1/2)cF175000.3*17819.122845.73Nd38.16mmb=1.12mm=99.51 Mpa =438 Mpa730*.62）螺纹牙根部的弯曲强度校核计算式为: b=3 h/3.14*d3*8*1.122F=3*22845.73/3.14*8.16*8*1.12*1.12=266.55Mpa b=700 Mpa结论：叶轮轴盘与叶轮联接螺栓强度满足要求。四 锥套与叶轮轴盘连接的选用：当联接传递转矩 T 时，应保证联接在此转矩下不产生周向滑移。即应保证：轴向摩擦阻力矩 Mf转矩 T 。这时有以下关系：1750.1448.*2FdbZ2845.3.14*.1FdbZ:0第 16 页 共 18 页1、传递载荷所需的最小结合压强：xmin2ffTKPdl式中：T传递的扭矩，由 3.1 中计算结果，T= 35.9()NmK安全系数，通常取 1.23；取 K =2dm圆锥面结合的平均直径， 54.592fmfCld1*4562结合长度，为 45fl被联接件摩擦副的摩擦系数，取 0.11 计算 3.1MPaminfp2x35.94012、需要的轴向压入力： xfmad()2fcPl计算 3378(N)x 163.1*54.9*(0.)2PA.传递载荷所需的最小过盈量：直径比：包容件 / =54.62/560.98，被包容件aqmda / =54.62/560.98iqidm传递载荷所需最小直径变化：包容件 * * / 3.1*54.62*9.8/225000.07，被包容件amineinfpmacE * * / 3.1*54.62*9.8/225000.07iifdi传递载荷所需最小有效过盈量： 0.07*20.14emin考虑平压量后的最小过盈量： 2*（ ）iiaSI=0.14+2*0.0032=0.15B.不产生塑性变形所允许的最大过盈量：:0第 17 页 共 18 页不产生塑性变形所允许的最大结合压强：包容件 450*0.5225，被包maxfP容件 450*0.5225minfP不产生塑性变形所传递力：= *3.14* *L* =225*54.62*45*0.11=6083NtFmaxf md不产生塑性变形所需最大直径变化：包容件 * * / 225*54.62*9.8/225005.3，被包容件amineaxfpmacE * * / 225*54.62*9.8/225005.