第5章螺纹连接和螺旋传动b

1、一、螺栓组联接结构设计一、螺栓组联接结构设计5 螺栓组联接的设计螺栓组联接的设计2）螺栓布置要合理）螺栓布置要合理 受力小、均匀、间距、受力小、均匀、间距、 边距、边距、 扳手空间扳手空间1）接合面几何形状要简单、对称，）接合面几何形状要简单、对称， 便于螺栓布置，螺栓组的对称中心与便于螺栓布置，螺栓组的对称中心与连接结合面的形心重合时受力均匀，便于连接结合面的形心重合时受力均匀，便于加工。加工。3）加工安装方便）加工安装方便 同一组螺栓的材料、直径、长度均应相同；同一组螺栓的材料、直径、长度均应相同；圆周分布的螺栓数目取圆周分布的螺栓数目取4、6、8等偶数便于在等偶数便于在圆周上钻孔时分度和

2、画线圆周上钻孔时分度和画线4）避免偏心载荷）避免偏心载荷二二 螺栓组连接的受力分析螺栓组连接的受力分析螺栓组所受载荷类型螺栓组所受载荷类型横向载荷横向载荷轴向载荷轴向载荷转矩（扭矩）转矩（扭矩）倾覆力矩倾覆力矩目的：求出受力最大的单个螺栓的工作载荷目的：求出受力最大的单个螺栓的工作载荷进行强度计算进行强度计算。单个螺栓联接单个螺栓联接螺栓本身螺栓本身横向力横向力轴向力轴向力“普普”拉拉“铰铰” 剪、剪、挤挤螺栓组联接螺栓组联接强度计算强度计算平衡条件： 螺栓本身受剪切和挤压螺栓本身受剪切和挤压各螺栓受力为： 1）铰制孔用螺栓连接）铰制孔用螺栓连接1 受横向载荷受横向载荷F的螺栓组连接的螺栓组连

3、接 螺栓本身受预紧拉力F0 拧紧产生夹紧力接合面间的摩擦力承受载荷横向载荷(垂直螺栓轴心线）2）普通螺栓连接）普通螺栓连接FKzifFs0fziFKFs0Ks防滑系数 Ks=1.11.3 i接合面的数目f接合面的摩擦系数zFFz螺栓数目i=2i=2 讨论讨论: 若若 f =0.2, z=1, i=1, Ks =1.2 ,则则 1)受横向载荷普通螺栓受力比铰制孔用螺栓的大，此时宜采用后者受横向载荷普通螺栓受力比铰制孔用螺栓的大，此时宜采用后者 2)若要采用普通螺栓，靠利用减载键销或减载套筒若要采用普通螺栓，靠利用减载键销或减载套筒FFfziFKFs6112 . 02 . 102 受转矩受转矩T的

4、螺栓组连接的螺栓组连接转矩转矩T T作用在连接接合面内，在转矩作用在连接接合面内，在转矩T T的作用下，底板将绕通过螺的作用下，底板将绕通过螺栓组对称中心栓组对称中心O O并与接合面相垂直的轴线转动。并与接合面相垂直的轴线转动。为了防止底板转动，可以采用铰制孔用螺栓连接或普通螺栓连接。为了防止底板转动，可以采用铰制孔用螺栓连接或普通螺栓连接。转化为受横向载荷转化为受横向载荷螺栓受剪切和挤压来平衡载荷，各螺栓受力为螺栓受剪切和挤压来平衡载荷，各螺栓受力为 Fi1）铰制孔用螺栓连接）铰制孔用螺栓连接2 受转矩受转矩T的螺栓组连接的螺栓组连接分析分析：受载后接合面仍为平面，螺栓的剪切变形与其到中心的

5、距受载后接合面仍为平面，螺栓的剪切变形与其到中心的距 离成正比离成正比, ,螺栓刚度相同，故其受剪力螺栓刚度相同，故其受剪力F Fi i也与其到中心的距离也与其到中心的距离r ri i成成正比。假设此剪力方向垂直其到中心的向径正比。假设此剪力方向垂直其到中心的向径 即：即：zirrFFrFrFiiii.,3,2,1maxmaxmaxmax，或转化为受横向载荷转化为受横向载荷力矩平衡条件：TrFizii1受力最大的螺栓的工作剪力：21maxmaxizirTrF2）普通螺栓连接）普通螺栓连接螺栓本身受预紧拉力螺栓本身受预紧拉力F0，各螺栓要拧紧产生相同的夹紧力，各螺栓要拧紧产生相同的夹紧力2）普通

6、螺栓连接）普通螺栓连接分析分析：各螺栓预紧拉力均为各螺栓预紧拉力均为F0，各螺栓连接处产生相同的，各螺栓连接处产生相同的 摩擦力，并假设此摩擦力集中作用螺栓中心处摩擦力，并假设此摩擦力集中作用螺栓中心处, 且方向垂直其到中心的向径。且方向垂直其到中心的向径。z螺栓数目ri 螺栓的向径Ks防滑系数ziiszsrfTKrrrfTKF1210.力矩平衡条件：力矩平衡条件：各螺栓所需受预紧拉力：各螺栓所需受预紧拉力：TKrfFrfFrfFsz02010螺栓受工作拉力为：螺栓受工作拉力为： F= F z3 受轴向载荷受轴向载荷F的螺栓组连接的螺栓组连接轴向载荷平行螺栓轴心线，各螺栓平均受力轴向载荷平行螺

7、栓轴心线，各螺栓平均受力此时螺栓除了受工作载荷此时螺栓除了受工作载荷F外，外， 还还受预紧力受预紧力F0作用，需要求出螺栓的总作用，需要求出螺栓的总拉力拉力F2后再进行强度计算。后再进行强度计算。FCCCFFFFmbb012FS S分析：分析：M作用前：各螺栓受作用前：各螺栓受预紧力预紧力F0 M作用后：一侧螺栓拉力增大，作用后：一侧螺栓拉力增大， 一侧螺栓拉力减少一侧螺栓拉力减少4 受倾覆力矩受倾覆力矩M的螺栓组连接的螺栓组连接iziiLFM1平衡条件：1）螺栓的受力）螺栓的受力ziiziiLMLFLLFM12maxmax1max2maxmaxmaxLLFFii即：为平面）：变形协调条件（底

8、板仍受力最大的螺栓所受工作载荷为受力最大的螺栓所受工作载荷为 Li螺栓轴线到底板轴 线oo的距离2）被连接件和底板）被连接件和底板防止接合面被压溃：防止接合面被压溃：防止接合面出现缝隙：防止接合面出现缝隙：0 0min0maxmaxWMAzFWMAzFWMpppp则而 p查表57W抗弯截面系数maxmaxppp0maxminpp针对不同零件的不同失效形式，分别拟定其设计计算方针对不同零件的不同失效形式，分别拟定其设计计算方法，而失效形式是设计计算的依据和出发点。法，而失效形式是设计计算的依据和出发点。5-6 螺栓连接的强度计算螺栓连接的强度计算1 失效形式 1） 螺栓杆拉断（螺栓杆拉断（普通普

9、通螺栓）螺栓） 2） 螺纹压溃和剪断（螺纹压溃和剪断（受剪受剪螺栓）螺栓） 3） 经常装拆因磨损而发生滑扣经常装拆因磨损而发生滑扣普通螺栓主要为普通螺栓主要为螺纹部分发生断裂螺纹部分发生断裂受剪螺栓受剪螺栓(铰制孔螺栓铰制孔螺栓)主要为压溃和剪切主要为压溃和剪切3 设计步骤一般设计步骤：一般设计步骤： 螺栓组受力和失效分析螺栓组受力和失效分析找出受力最大的螺栓找出受力最大的螺栓 单个螺栓单个螺栓受力分析受力分析和失效分析和失效分析 单个螺栓强度计算单个螺栓强度计算确定螺栓的尺确定螺栓的尺寸（直径、长度）寸（直径、长度） 试算法：试算法：先选定一个螺栓直径先选定一个螺栓直径d 查查 计算计算d1

10、。 若若d1与与d1（假定的小径）相近，则合用；否则再选（假定的小径）相近，则合用；否则再选2 设计计算准则受拉螺栓：设计准则为保证螺栓的疲劳拉伸强度和静强度受拉螺栓：设计准则为保证螺栓的疲劳拉伸强度和静强度受剪螺栓：设计准则为保证螺栓的挤压强度和剪切强度受剪螺栓：设计准则为保证螺栓的挤压强度和剪切强度 一、松螺栓连接强度计算一、松螺栓连接强度计算如吊钩螺栓，工作前不拧紧，无如吊钩螺栓，工作前不拧紧，无F F0 0，只，只有工作载荷有工作载荷 起拉伸作用起拉伸作用强度条件为：强度条件为：421dF41Fd 验算用验算用 设计用设计用 d d1 1螺纹小径（螺纹小径（mmmm）许用拉应力许用拉应

11、力 N/mmN/mm2 2 (MPa (MPa) ) SS/aFFF动画紧螺栓连接紧螺栓连接 M10M64的螺栓：预紧状态的应力：有预紧力，还有工作拉力有预紧力，还有工作拉力只有预紧力，无工作拉力只有预紧力，无工作拉力 21043 . 1dFca紧螺栓紧螺栓拧紧拧紧拧紧力矩拧紧力矩剪应力剪应力拧紧拧紧预紧拉力预紧拉力拉应力拉应力1只有预紧力紧螺栓连接只有预紧力紧螺栓连接F0的大小与横向载的大小与横向载荷有关荷有关 式式5-93 . 1322ca5 . 0二、紧螺栓连接强度计算二、紧螺栓连接强度计算工作前有预紧力工作前有预紧力F F0 02 受预紧力受预紧力0和工作拉力紧螺栓连接强度和工作拉力紧

12、螺栓连接强度 压力压力F0，压缩，压缩m（1） 受力和变形关系受力和变形关系变形协调条件变形协调条件: l l相同相同F2F+F0F2=F+F1bm l lllTF0F0FFF2F2F1F1预紧预紧F0受载受载FE螺栓螺栓被连接件被连接件拉力拉力F0，伸长，伸长b拉力拉力F2, 伸长伸长b l l压力压力F1, 压缩压缩m - l l未预紧未预紧未受力、无变形未受力、无变形未受力、无变形未受力、无变形F0F0（2） 受力变形线图受力变形线图F1：残余预紧力：残余预紧力防止受载后接合面防止受载后接合面产生缝隙产生缝隙根据紧密性要求选根据紧密性要求选取，见取，见p83形变形变力力Fbm l lF1

13、FF2F0被连接件被连接件螺栓螺栓m压力压力F0，压缩，压缩m预紧预紧F0受载受载FE螺栓螺栓被连接件被连接件拉力拉力F0，伸长，伸长b拉力拉力F2, 伸长伸长b l l压力压力F1, 压缩压缩m - l l未预紧未预紧未受力、无变形未受力、无变形未受力、无变形未受力、无变形FCCCFmbb被连接件所受的压力，即残余预紧力即残余预紧力螺栓刚度螺栓刚度 螺栓的总拉力： bbFCl0mmFCl0FFFFF012FCCCFFmbm01被连接件刚度被连接件刚度变形力F0FF1 FF2mllblml螺栓的相对刚度螺栓的相对刚度：1）要降低）要降低F2，只有减少螺栓的相对刚度，只有减少螺栓的相对刚度， 即

14、即Cm ， Cb 2）为保证连接的紧密性，）为保证连接的紧密性， 应保证应保证F1 01）静强度公式：F不变不变mbbCCC 212123 . 1443 . 1FddF设计步骤：1）求工作载荷F2）选定残余预紧力F13）求总拉力F24）强度计算2）疲劳强度公式：F在在0F之间变化之间变化SSdFCCCcambba21minmax22因因F在在0F之间变化，则之间变化，则F2在在F0 F2之间变，应力在之间变，应力在max min之间变之间变210min212max44dFdF详见P85页变形力F0F1 FF2F时间 3 承受工作剪力的紧螺栓连接承受工作剪力的紧螺栓连接 204dF铰制孔用螺栓，承受剪切和挤压来平衡（横向）载荷铰制孔用螺栓，承受剪切和挤压来平衡（横向）载荷FppLdFmin0螺栓杆与孔壁的挤压强度：螺栓杆与孔壁的挤压强度：螺栓杆的剪切强度：螺栓杆的剪切强度：1）d0是螺栓剪切面直径 2）Lmin螺栓杆与孔壁挤