螺栓连接的受力分析与验证资料

1、MAZDA E&T Mazda Engineering & Technology Co.,LTDMazda Engineering & Technology Co.,LTD 1 紧固部位验证紧固部位验证 MAZDA E&T Mazda Engineering & Technology Co.,LTDMazda Engineering & Technology Co.,LTD 2 总布置的确认 1-1 突出尺寸、旋合尺寸、 贴底距离、自由尺寸孔（螺 钉孔） 可靠性的确认 3-1 螺纹加工的确认 3-2 螺丝强度的确认 3-3 极限表面压力的确定 选出必要轴力 2-1 外力的把握 2-2 必要轴力

2、的计算 2-3 周方向外力的必要 轴力的计算 2-4 轴垂直方向外力的必要 轴力的计算 2-5 轴旋转方向外力的必要 轴力的计算 2-6 将最小必要轴力转换为紧固力矩 紧紧固验证项验证项目 是否松动！ 是否损坏！ MAZDA E&T Mazda Engineering & Technology Co.,LTDMazda Engineering & Technology Co.,LTD 4 紧固验证断面图的参考图例 MAZDA E&T Mazda Engineering & Technology Co.,LTDMazda Engineering & Technology Co.,LTD 5 紧紧

3、固力矩和轴轴力的关系 F= T1000 Kd 紧固力矩(Nm) 螺丝标呼直径 (mm) 力矩系数 螺栓轴力(N) 轴力 F 紧固力矩 T MAZDA E&T Mazda Engineering & Technology Co.,LTD 6 1.1 1.3 切安全率： 0 1000 2000 3000 4000 5000 0 5 10 15 紧固力矩（） 轴 力 （ ） 力矩系数： 0.2 必要轴力安全率 1.4 松动 破 损 安全率 1.0 轴力紧固力矩 力矩系数偏差 23.4% 螺纹加工极限线 MIN MAX Ptmin 0.15 0.25 Ptmax 松动极限线 1000T Kd F= 极

4、限必要 轴力 MAZDA E&T Mazda Engineering & Technology Co.,LTDMazda Engineering & Technology Co.,LTD 7 ?转动松动 ?剪切载荷? 非常危险 ?扭转载荷? 危险 ?拉伸载荷? 基本不会松动 ?非转动松动 ?磨损、弹力减弱、磨合适应、螺栓的塑性延伸、 热膨胀、蠕变（creep） 松动发动发生的条件 MAZDA E&T Mazda Engineering & Technology Co.,LTDMazda Engineering & Technology Co.,LTD 8 验证验证例子例子 ?R减震器底部固定处

5、 验证验证部位 MAZDA E&T Mazda Engineering & Technology Co.,LTDMazda Engineering & Technology Co.,LTD 9 轴方向的外力5501N （适用于接地点左右耐久载荷） 轴垂直方向的外力10965N （适用于上下耐久载荷） 轴旋转的外力15.1Nm （衬套的扭转反力） 选出必要轴力 -1 外力的把握 没有外力的紧固部位的讨论 固定重量5G固定点数 MAZDA E&T Mazda Engineering & Technology Co.,LTDMazda Engineering & Technology Co.,LTD

6、 10 计算必要算必要轴力 力 2-2 必要轴力的计算 1.轴方向外力所需的必要轴力 2.轴垂直方向外力所需的必要轴力 3.轴旋转方向外力所需的必要轴力 最小必要轴力 极限必要轴力 不松动的必要轴力 ？N ？N 安全率1.4 应用Max値 ？N ？N ？N MAZDA E&T Mazda Engineering & Technology Co.,LTD 11 轴方向载荷 Wa： 5501N Ptmin = Wa+P = 5501+3135 = 8636N 轴力 : Ptmin 计算必要轴力 -3 轴方向外力所需的必要轴力的计算 轴力损失 P ： 3135N MAZDA E&T Mazda En

7、gineering & Technology Co.,LTDMazda Engineering & Technology Co.,LTD 12 【单支撑结构】 2：螺栓螺母的接触面的摩擦系 数 P ： 轴垂直入力载荷 Ptmin = P (1+2) 必要轴力的计算 2-4 轴垂直方向所需必要轴力的计算 11：被紧固物体接触面的摩擦系数 被紧固物体 紧固对象零件 轴力 : Ptmin MAZDA E&T Mazda Engineering & Technology Co.,LTDMazda Engineering & Technology Co.,LTD 13 【双支撑结结构】 P ： 轴垂直入

8、力载荷 11：被紧固物体接触面的摩擦系数 轴力损失 Ptmin = +P P 21 轴力 : Ptmin 计算必要轴力 4 轴垂直方向所对应的必要轴力的计算 紧固对象零件（支架） 被紧固物体（轴衬） MAZDA E&T Mazda Engineering & Technology Co.,LTDMazda Engineering & Technology Co.,LTD 14 轴力损失 双支撑结构的情况下 损失的轴力 因为原本来开间隙时轴力损失就很大 51.5 - 49.6 = 1.9 BRKT的Max宽度 管子的最短长度 最大间隙 通过CAE计算出使BRKT强制位移1.9mm时的反力！ 结果

9、：319.9kg ? 所以轴力能够损失319.9kg (3135N) 。 50.5 +1 0 50 0 -0.4 损失轴力 P 计算必要轴力计算必要轴力 2-4 轴垂直方向外力对应的必要轴力的计算 1.9 轴力 MAZDA E&T Mazda Engineering & Technology Co.,LTDMazda Engineering & Technology Co.,LTD 15 【双支撑结结构】 轴垂直入力载荷 ：10965 轴力损失 P ： 3135N 计算必要轴力计算必要轴力 -4 轴垂直方向外力对应的必要轴力的计算 Ptmin = +P P 21 = + 3135 10965

10、0.6 = 21410N 11：被紧固物体的支撑面摩擦系数 MAZDA E&T Mazda Engineering & Technology Co.,LTDMazda Engineering & Technology Co.,LTD 16 【双支撑结构】 T：入力力矩 【单支撑结构】 1：摩擦系数 2：摩擦系数 ：摩擦系数 （一般为0.15） 轴衬接触面的等价摩擦直径 T：入力力矩 Ptmin = T di1 Ptmin = T 2 (1?di1+2?di2) D d 计算必要轴力 轴旋转方向对应的必要轴力的计算 轴力 螺母接触面的等价摩擦直径 di1 = (D2-d2)/2) 2(D3-d3

11、) 3(D2-d2) di2 = MAZDA E&T Mazda Engineering & Technology Co.,LTDMazda Engineering & Technology Co.,LTD 17 【双支撑结结构】 ：摩擦系数 （一般为0.15） 计算必要轴力 轴旋转方向外力对应的必要轴力的计算 Ptmin = T di1 = 15.11000 0.1512.9 = 7804 N 入力力矩 T ： 15.1Nm di1 = (222-12.22) 2 = 12.9 MAZDA E&T Mazda Engineering & Technology Co.,LTDMazda Eng

12、ineering & Technology Co.,LTD 18 计算必要算必要轴力力 2-6 最小必要轴轴力 1.轴方向外力对应的必要轴力 8636N 2.轴垂直方向外力对应的必要轴力 21410N 3.轴旋转方向外力对应的必要轴力 7804N 最小必要轴力 不松动的必要轴力 21410N 29974N 安全率1.4 MAZDA E&T Mazda Engineering & Technology Co.,LTD 19 29974 N 90 Nm F = T1000 Kd 最小紧固力矩 最小产生轴力 T = ( FKd ) / 1000 = (299740.2512) / 1000 = 90

13、 Nm 计算最小轴力计算最小轴力 -6 将最小轴力转化为紧固力矩 MAZDA E&T Mazda Engineering & Technology Co.,LTD 20 110 Nm 最大紧固力矩 T max = 1.22Tmin = 1.2290 Nm = 110 Nm =1.22 1+0.10 10.10 紧固力矩控制幅度 10%的情况 计算必要轴力 最大紧紧固力矩 MAZDA E&T Mazda Engineering & Technology Co.,LTD 21 可靠性的确可靠性的确认 认 螺纹加工的确认 螺纹加工安全率1.0 螺栓屈服轴力 86574N 最大产生轴力 61111N

14、= 1.4 1.0 940N/mm292.1mm2 (屈服应力) (有效断面积) 最大紧固力矩为 110Nm时的轴力 1101000 0.1512 MAZDA E&T Mazda Engineering & Technology Co.,LTDMazda Engineering & Technology Co.,LTD 22 紧固力引起的拉伸应力 （N/mm2) 螺栓拉伸载荷Wt 2970 螺丝处有效断面面积As 92.1 = = 32.2 紧固力引起的剪断载荷 （N/mm2) = = 273.6 剪断载荷Ws 25200 螺丝处有效断面面积As 92.1 可靠性的确可靠性的确认认 3-2 螺

15、丝强度的确认 合成应力 v()2+32) = (32.22+3273.62) = 475 要是合成应力螺栓的屈服应力的话很安全 根据475N/mm2940N/mm2 大载荷的拉伸载荷 大载荷的剪断载荷 判定： MAZDA E&T Mazda Engineering & Technology Co.,LTDMazda Engineering & Technology Co.,LTD 23 若是超过极限表面压力接触面会下陷发生松动。 表面压力： 安全率： ：紧固轴力（最大产生轴力 Ptmax） Wa ：轴方向压缩外力（N) ：接触面面积(mm2) ：被紧固物体材料的极限表面 压力 (N/mm2)

16、y：材料的屈服点或耐力 (N) 承受轴力的零件都要保证表面压力 接触面面积A washer 的表面压力 Inner pipe 的表面压力的表面压力 BRKT表面压力 =0.0004y2+1.2561 y-36.929 c = Pt +Wa A fs = 1.05 c 最坏偏差 可靠性的确认可靠性的确认 3-3 极限表面压力的确认 MAZDA E&T Mazda Engineering & Technology Co.,LTD 24 （22214.22） 4 A = =221.8 mm2 材料耐力y = 410 N/mm2 极限表面压力= 545.3 N/mm2 c = = 300.3N/mm2

17、 61111+5501 221.8 fs = = 1.82 1.05 545.3 300.3 判断： 可靠性的确可靠性的确认 认 3 3-3 极限表面压力的确认 MAZDA E&T Mazda Engineering & Technology Co.,LTD 25 1.1 1.3 切安全率： 0 0 紧固力矩（） 轴 力 （ ） 力矩系数： 0.2 轴力紧固力矩 力矩系数偏差 23.4% 螺纹加工极限线 90 110 29974 0.15 0.25 86574 松动极限线 1000T Kd F= 21410 安全率 1.4 ? OK 安全率 1.4 ? OK MAZDA E&T Mazda Engineering & Technology Co.,LTDMazda Engineering & Technology Co.,LTD 27 屈服轴力（设计条件下限） M12 迁都划分为10.9的螺栓 屈服轴力(N) = 94092.1 = 86574 MAZDA E&T Mazda Engineering & Technology Co.,LTDMazda Engineering &