第六章3节教案.doc

教 案课程：机械设计基础 班级：数控801802 机制805 任课教师：梁海涛 教研组长签字：课题6.3 螺栓联接的强度计算授课类型：理论授课教学目的掌握受拉螺栓和受剪螺栓连接的强度计算教具：复习内容及形式螺纹连接的基本类型和标准螺纹连接件螺纹连接的预紧与防松方法讲授内容及方法受拉螺栓连接松螺栓连接紧螺栓连接受剪切螺栓连接时间分配：1、复习与提问35分钟讲授80分钟：2、讲述与讨论9094分钟3、小结35分钟作业 年 月 日组织教学起立 师生互致问候 清点学生出席人数 填写教师日志复习旧课1.平面四杆机构中曲柄存在的条件？2.何谓急回特性？有什么作用？3.什么是死点？其利弊如何？导入新课讲授新课6.3 螺栓联接的强度计算图613 普通螺栓失效部位统计常见的螺栓失效形式有：静载荷作用下螺纹部分出现塑性变形和断裂；在变载荷作用下，螺栓在有应力集中部位(如螺纹部分、钉头与螺杆过渡处)易发生疲劳断裂，如图613所示为易发生断裂部位的破坏概率百分数；经常装拆而发生的滑扣等。 螺栓联接可分为单个螺栓联接(包括双头螺柱和螺钉)与螺栓组联接两种。在进行螺栓组联接强度计算时，一般先根据联接的工作情况，找出受力最大的螺栓和它的工作载荷，然后计算这个螺栓的直径，而其他受力较小的螺栓也都采用与其相同的尺寸。所以，单个螺栓联接的强度计算是螺纹联接设计的基础。 大多数情况下，螺栓的尺寸都是按经验、规范来确定的。对于那些重要的螺栓联接，如发动机中的连杆螺栓、汽缸上受载的双头螺柱、高温高压容器盖的联接螺栓、重载法兰联接螺栓等，则必须进行强度计算。螺纹的强度计算主要是确定螺纹的小径d1，然后按标准选取螺纹的公称直径d等。6.3.1 松螺栓联接 如图614所示，松螺栓联接在装配时不拧紧螺母，螺栓不受预紧力的作用，工作时螺纹只受轴向工作载荷F作用。这种联接在拉杆装置、起重吊钩、定滑轮等装置中应用。其强度计算条件为 （61）图614 起重吊钩式中 松螺栓联接的许用拉应力，MPa, =/S,螺栓材料的屈服点（MPa），S安全系数 ，一般取S=1.21.7； (a) (b)图615 受横向载荷作用的紧螺栓联接F工作载荷，N。由上式求得满足强度条件的螺纹小径d1，再按螺纹标准和紧固件标准可选出适用的标准联接件（螺母、垫圈等）。6.3.2 受横向外载荷作用的紧螺栓联接1.普通紧螺栓联接 由于螺栓杆与通孔之间有间隙，横向载荷由被联接件接合面之间的摩擦力来传递，螺纹联接件只受预紧力作用，如图615a所示，其设计原则为接合面间不允许产生滑移。 假设螺栓处产生的摩擦力为,则螺栓联接力平衡条件为 要保证联接接合面不滑移，则单个螺栓所受的预紧力为 （62） 式中 F外载荷，N；接合面摩擦因数；摩擦面数目；可靠性系数，一般取1.11.3。拧紧螺母时，螺栓受到预紧力产生的拉应力和螺纹副摩擦力矩产生扭转切应力的同时作用，根据材料力学的第四强度理论，可知相当应力。所以受横向载荷作用的普通螺栓联接的强度校核与设计计算公式分别为 （63） （64）式中 螺栓所受预紧力，N； 紧螺栓联接的许用拉应力，MPa；相当应力，MPa；d1螺栓小径，mm。 由上式可见，普通紧螺栓联接可以只按拉伸强度计算，但须将拉力增大30%来考虑扭转力矩的影响。2.铰制孔螺栓的强度计算 如图615b所示的铰制孔（或称配合螺栓）联接受横向外载荷F作用的情况，螺栓杆与孔壁间采用过度配合、没有间隙，螺母不必拧得很紧。横向外载荷F靠螺栓杆与孔壁间的挤压力和螺栓杆所受剪切力来平衡。因此应分别按挤压和剪切强度条件计算。螺栓杆与孔壁间挤压强度条件 （65）式中 铰制孔用螺栓光杆部分的直径，mm，；图616 受轴向载荷作用的螺栓联接螺杆与孔壁之间最小挤压高度，mm；建议1.25d；螺栓的许用挤压应力MPA。螺栓杆剪切强度条件为 （66）式中 螺栓受剪工作面数，图611中1；螺栓的许用切应力（MPa）6.3.3 受轴向外载荷作用的紧螺栓联接如图616所示，螺栓所受外载荷作用线与螺栓轴线平行。螺栓工作前受预紧力拉力作用，工作时又受到被联接件传来的工作载荷的作用，即螺栓同时受预紧力和工作载荷作用。由于螺栓和被联接件为相互约束的弹性体，工作时螺栓所受总载荷不等于，应根据静力平衡和变形协调条件求出。图617所示为普通螺栓联接的受力与变形情况。 (a)未拧紧，FP=0 (b)已拧紧未加载 (c)加工作载荷F (d)被联接件分离 FP螺栓=FP被联接件 Dl1=Dl2 FP=0图617 紧螺栓连接的受力和变形分析图617a所示为螺栓联接件还未拧紧的情况。图617b所示为螺栓拧紧后工作前的情况，螺栓受预紧力而被拉伸，其拉伸变形量为；被联接件受预紧力而被压缩，其压缩变形量为。图617c所示为工作时的情况，螺栓又受到由被联接件传来的轴向工作载荷作用，继续被拉伸，伸长增量为=Dl1=Dl2，螺栓所受总拉力增大为,总变形量为；而被联接件随之被放松，变形减量为，所受的压力减小为残余预紧力，总变形量为。此时螺栓所受轴向总拉力应为其所受的工作载荷与残余预紧力之和，即 （67）显然，为了保证被联接件间密封可靠，防止联接结合面出现缝隙，应使0，即残余预紧力，否则会出现如图617d所示被联接件分离情况。残余预紧力通常按以下推荐值选用：一般联接，工作拉力稳定时，工作拉力为变载荷时，；F为冲击载荷时，；压力容器或重要联接，。求出单个螺栓所受的总拉力后，即可进行强度计算。考虑拧紧螺母时螺纹副中的扭矩