单个螺栓强度计算.ppt

机械设计 单个螺栓的强度计算 福州大学机械工程及自动化学院姚立纲 知识回顾 螺纹的类型 三角形 管螺纹 梯形 锯齿形 矩形 螺纹联接的类型 螺栓联接 2种 双头螺柱联接 螺钉联接 螺栓联接的预紧与防松 预紧的目的 防松的根本问题 防松方法 07年08月21日台湾华航客机的残骸散落在日本冲绳岛的柏油马路上 机上165名乘客已安全逃离 负责前襟翼摆动的金属螺帽 在降落时 因为激烈震动脱落 将后方的右主翼燃料槽打破了一个2 3cm的洞 问题 如何确定螺栓的个数 直径 长度 分布 精度等级 今天介绍单个螺栓的强度计算 单个螺栓的强度计算 螺栓 螺钉 双头螺柱的强度计算相同 螺栓螺纹牙和螺母螺纹牙与螺栓杆等强度设计 实验表明 螺栓联接的强度计算 确定螺纹精度等级 小径d1 按照GB选定 螺纹公称直径d及螺距P 分析思路 一 载荷分类轴向载荷 过螺栓轴心线横向载荷 与螺栓轴心线垂直 普通螺栓联接 二 失效形式静载荷作用 螺纹牙塑性变形 螺栓被拉断 扭断 缝隙相对移动 剪断 压溃等 动载荷作用 疲劳破坏 90 螺栓联接发生疲劳破坏 三 设计准则 受拉 普通 螺栓 保证螺栓的静力 或疲劳 拉伸强度 扭转强度受剪 铰制孔 螺栓保证联接的挤压强度和螺栓的剪切强度 四 松螺栓联接的强度计算 松螺栓联接 不受预紧力 只受工作载荷 螺栓联接 伦敦千年穹顶 螺栓材料及许用应力 表5 8 F工作拉力 1 受载荷类型 轴向拉伸 工作拉力F 2 失效形式 螺栓拉断 静 疲劳 3 设计准则 保证螺栓拉伸强度 4 强度条件 5 危险截面应力计算 验算式 设计式 6 设计计算方法根据d1查手册 求公称直径d 五 紧螺栓联接 承受工作载荷之前已经被预紧 一 只受预紧力作用的螺栓联接 1 受载荷形式 轴向拉伸 预紧力F0 扭转 摩擦力矩T1 2 失效形式 螺栓拉断 扭断 3 设计准则 第四强度理论 4 强度条件 ca 拉伸应力 扭转剪应力 近似处理 M10 M64螺栓 预紧力F0作用 5 危险截面应力计算 摩擦力矩T1作用 强度条件 应力合成 设计公式 由此可见 对于M10 M64普通螺纹的钢制螺栓 在拧紧时同时承受拉伸和扭转的联合作用 但在计算时可以只按拉伸强度计算 并将所受的拉力 预紧力 增大30 来考虑扭转的影响 1 受载荷类型 横向载荷 F 预紧力 F0 摩擦力矩 T1 2 失效形式 螺栓拉断 扭断 滑移 3 设计准则 第四强度理论 4 强度条件 ca 二 受横向载荷作用的普通螺栓联接 预紧力产生的摩擦力 可能移动的趋势 不发生滑移的条件 即 m结合面数 ks 1 1 1 3 防滑系数 摩擦系数 F 预紧力 横向载荷 将 代入公式 或者 可进行验算或者设计螺栓 保证不滑移的情况下 当m 1 0 1 ks 1 3时 F 是F 的13倍 F0大 螺栓直径大 结构尺寸大 采用减载装置 或者受剪螺栓联接 键 套筒 销 铰制孔螺栓 三 受横向载荷作用的铰制孔螺栓联接 1 受载荷类型 横向载荷 F 2 失效形式 剪断 压溃 3 设计准则 剪切 挤压 4 强度条件 p p 四 受轴向载荷的螺栓连接 既受预紧力又受工作载荷 自然状态 特别注意 轴向载荷 F2 F0 F 加预紧力后 螺栓受拉伸长 b 被联接件受压缩短 m 加载F后 螺栓总伸长量增加为 总拉力为 被联接件压缩量减少为 残余预紧力减少为 F1 很显然 F1 F0 b b m m 得 总拉力等于预紧力加部分工作载荷之和 相对刚度系数 书 页 五 轴向变载荷作用螺栓联接 对于受轴向变载荷作用的重要螺栓联接 除了按上述方法作静强度校核外 还需要对螺栓的疲劳强度作精确校核 工作拉力在0 F间变化 螺栓总拉力在F0 F2间变化 忽略螺纹副间的摩擦力矩 螺栓危险截面的最大拉应力为 最小拉应力为 应力幅为 安全系数应满足 1tc螺栓材料对称循环拉压疲劳极限 表5 4 试件材料常数 碳钢 1 0 2 合金钢 2 0 3K 拉压疲劳强度综合影