机械设计 课件 第3章 螺纹连接例题3.2-3.4

螺栓组受力分析轴向力横向力旋转力矩翻转力矩F=FQ/z受拉受剪受拉受剪受拉螺栓受变载：紧连接受F’和Fσa影响疲劳强度单个螺栓强度计算受剪螺栓：松连接：仅受F’：受静载：F0=F+F”受任意载荷螺栓组向形心简化———————→四种简单状态迭加——→受载最大螺栓——→按单个计算Chapter3ScrewJointsChapter3ScrewJoints例3.2图3.27所示汽缸盖用普通螺栓组连接，缸内气体压强p在0~0.6MPa之间变化，刚体和缸盖连接接合面用铜皮石棉垫片密封，汽缸内径D=420mm，螺栓分布圆直径D1

=500mm，装配时控制预紧力，试设计此螺栓组连接。解：1.螺栓组的静强度计算1）确定螺栓材料的性能等级和许用应力[s

]由表3.1选取螺栓材料性能等级为4.6级，得sS

=240MPa；由装配时控制预紧力，查表3.2取安全系数S

=1.5，则螺栓的许用应力MPa2）确定单个螺栓的最大工作载荷F螺栓组最大工作载荷

试选螺栓的数目Z=20，则单个螺栓的最大工作载荷F为

N

NChapter3ScrewJoints3）确定残预紧力F

由于汽缸要求密封可靠，取F

=15

F

=1.5×4154.22

=6231.33N

4）确定单个螺栓的总拉力F0

F0

=F+F

=4154.22+6231.33=10385.55N

5）计算满足静强度要求的最小螺纹直径d1选取小径大于并接近10.368

mm的粗牙普通螺纹，由附录A查得螺纹M14，其d1=11.835mm>10.368mm，满足静强度要求，故选用螺栓公称直径为d=14mm。mm2.校核螺栓间距

（自学）3．螺栓疲劳强度计算

（自学）Chapter3ScrewJoints例3.3

如图3.28（a）所示螺栓组连接，已知P=1600N，采用四个普通受拉螺栓连接，螺栓材料的许用应力[s

]=62MPa，接合面摩擦系数f=0.15，取可靠性系数Kf=1.2，试求所需螺栓直径。解：1.简化为基本形式载荷如图3.28(b)所示，将载荷P向螺栓组形心O简化，得横向力P及旋转力矩T。P=1600N，T=PL=1600×800=128×104Nmm。Chapter3ScrewJoints2.计算每个螺栓连接的作用力(1)横向力P由四个螺栓连接平均承受（图3.28c），即

(2)旋转力矩T使各螺栓连接承受与形心连线相垂直的横向作用力，且各力相等（图3.28c），即RT1=RT2=RT3=

RT4N又由静力平衡条件，得RT1r+RT2r+RT3r+

RT4r=T，所以RT1=RT2=RT3=

RT4=

NChapter3ScrewJoints(3)求受力最大螺栓连接的作用力

每个螺栓连接的横向力等于各自RP与RT的向量和，由几何关系可知(图3.28c)，1、2两螺栓连接的合力最大，其值为==1501N3.螺栓强度计算(1)受力最大的螺栓连接所需预紧力N(2)计算所需螺栓直径mm注意例3.4轴承托架紧固到钢立柱上，托架材料为铸铁，螺栓材料级别为6.8级。载荷Q=6kN，尺寸如图。试设计此螺栓连接，螺栓数目Z=4。螺栓不被拉断；底板不滑动；上边缘不离缝；下端不压溃。条件Chapter3ScrewJoints解：1.螺栓组受力分析将载荷分解为水平分力及垂直分力(见图)，即：将Qx及Qy移至螺栓组接缝面的几何形心O点，得一轴向力Qx

、横向力Qy

、翻倒力矩MQx

、MQy

。

此螺栓组的受力属于既受横向力、又受轴向力的紧连接螺栓。工作载荷由两部分组成：由轴向力Qx引起的工作拉力：

由翻倒力矩M引起的工作拉力：

∴总工作拉力

Chapter3ScrewJoints2.求每个螺栓的予紧力根据底板不下滑的条件，即横向力与底板的摩擦力平衡，求得：

(F

为残余予紧力),由公式：

(此处的工作载荷用F1而不用总工作拉力F，是因翻倒力矩对摩擦力无影响，在M作用下，底板下部的压力虽然增大，但上部的压力却以同样程度减小)。

将F

代入上式，得：取＝0.3(按无垫片考虑)，

，

每个螺栓的予紧力为：Chapter3ScrewJoints3.上边螺栓受的总拉力

4.求螺栓直径已知螺栓材料的强度级别为6.8级，由教材表2.1得：又由教材表2.3按不控制予紧力考虑，设