1-3-机械设计大作业说明书

机械设计大作业说明书摘要：螺栓是一种常用的连接元件，广泛应用工机械设备、建筑结构等领域。为确保螺栓连接的可靠性和安全性，螺栓强度校核是必不可少的一项工作。螺栓强度校核的目的是确定螺栓在工作载荷下是否能够满足设计要求，以及螺栓是否会出现破坏或失效的风险。因此我们需要对危险螺栓进行应力分析，分析其预紧状态受力情况和拧紧后的受力状态，确保在工作载荷下零件能正常工作。关键词：螺栓；三维建模；应力分析；预紧拧紧拟采用的现代工具：（1）三维建模软件：SOLIDWORKS（2）有限元分析软件：SOLIDWORKS插件simulation设计任务如图示，为一固定在钢制立柱上的铸铁托架，已知总载荷F∑=4800N，其作用线夹角α=50。，底板高h=340mm，宽b=150mm，现采用4个M12ⅹ70（相关参数请参考“唐增宝《机械设计课程设计》”P95页）的普通螺栓连接，其连接图如下。试用计算机软件对危险螺栓进行应力分析，分析其预紧时的受力状态和拧紧以后的受力状态。获得应力图，校核螺栓强度。根据题目要求： 预紧力F0≥6520N， 受载后的总拉力F2=7079N 根据底板厚度和装配关系，螺栓尺寸如图所示，若预紧时其螺纹间的摩擦力矩按照以下公式计算： 其中，12mm的螺栓，设计内容第1章铸铁托架装配设计固定在钢制立柱上的铸铁托架，已知总载荷F∑=4800N，其作用线夹角α=50。，底板高h=340mm，宽b=150mm，现采用4个M12ⅹ70的普通螺栓连接。铸铁托架零件组成如下所示。零件及装配图1钢制立柱图2铸铁托架图3载荷图4立柱和托架装配图5托架和载荷装配1图6托架和载荷装配2第2章参数设计根据题目要求，采用4个M12×70的普通螺栓连接，其中，d2.1边界条件图7定义材料图8边界条件总表图9立柱和螺栓螺纹面接合图10立柱和螺栓非螺纹面相触图11托架立柱相触图12托架和载荷相触图13固定钢制立柱图14施加载荷图15施加预紧力第3章应力分析仅承受预紧力的紧螺栓连接紧螺栓连接装配时，螺母需要拧紧，在拧紧力矩作用下，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，此时螺旋副之间力矩为T1=F0d22图16螺栓受力数据如图7所示，考虑预紧力即预紧状态下的总拉力为6688N，托架螺栓在我们有限元校核之后，得出了轴心力为6688N。3.1拧紧状态图17拧紧状态下螺栓整体云图图18拧紧状态下受力最大螺栓云图图17、18为拧紧状态下（不考虑预紧力）对托架螺栓的静应力分析。由有限元分析可以得出，预紧状态下，四颗螺栓中最大应力发生在上面两个螺栓，位于螺栓头附近的圆柱侧面，为94.62Mpa。3.2预紧状态图19预紧状态下螺栓整体云图图20预紧状态下受力最大螺栓云图图19、20为预紧状态下（不考虑预紧力）对托架螺栓的静应力分析。由有限元分析可以得出，预紧状态下，四颗螺栓中最大应力发生在上面两个螺栓，位于螺栓头附近的圆柱侧面，为94.65Mpa。3.3总结 通过SolidWorks对钢制立柱、铸铁托架和M12×70螺栓进行建模和静力学有限元分析，得出在不考虑预紧力和考虑预紧力，也就是拧紧和预紧两种状态下螺栓所受最大应力分别为94.62MPa和94.65MPa，均小于许用应力（4.8级螺栓的屈服极限为320MPa，许用应力为400MPa），故符合要求。第4章螺栓强度校核根据题目要求，预紧力F0≥6520N，受载后的总拉力F2=7079N。我们测得数据为F2=6688N。螺栓受力分析在总载荷F1轴向力（F1的水平分力FFh=sinα=4800N×横向力（F1的垂直分力FFv=F1cosα=4800N倾覆力矩（顺时料方向）M=Fh×160+Fv×150=1051070N在轴向力F，的作用下，各螺栓所受的工作拉力为Fa在倾覆力矩M的作用下，上面两螺栓受到加载作用，而下面两螺栓受到减载作用，故上面的螺栓受力较大，所受的载荷按Fmax=Fmax=M故上面的螺栓所受的轴向工作载荷为F=Fa+F4）在横向力Fvf（zF0-CmCb+CmFh我们在此题中的预紧力F0≥6520N，受载后总力5）上面每个螺栓所受的总拉力F按式（5-35）求得：-F=6520N+0.2×2796N=7079N6）确定螺栓直径我们选择性能等级为4.6的螺栓，由表查得材料屈服极限s=240MPa，由表查得安全系数S=1.5，故螺栓材料的许用应力[σ]MPa=160MPa根据d1≥4d1≥4×F2按粗牙普通螺纹标准（GB/T196-2003），选用螺纹公称直径d=12mm（螺纹小径d=10.106mm>8.6mm）。7）校核螺栓组连接接合面的工作能力1、连接接合面下端的挤压应力不超过许用值，以防止接合面压碎。根据式σbsmin≈σbsmin=1A(zF0-CmCb+CmF由表查得[σ]=0.50σB=0.5×250MPa=125MPa>1.7连接接合面上端应保持一定的残余预紧力，以防止托架受力时接合面间产生间隙，即σbsmin>0σbsmin=1A(zF0-C故接合面上端受压最小处不会产生间隙。8）校核螺栓所需的预紧力是否合适，对碳钢螺栓，要求F0≤(0.6~0.7)已知σs=240MPa,A1=840.6σsA1=0.6×240×84要求的预紧力F=6520N，小于上值，故满足要求。小结这次大作业主要是对螺栓有限元的分析，起初讨论时因为学习过CAD程序设计，所以我们首先想到的是用CAD进行绘图然后进行三维建模，但是在实践中遇到了一些问题，从而改