机械设计螺纹连接的强度计算ppt课件

5 6螺纹联接的强度计算 1螺纹联接的失效形式和设计准则 2松螺栓联接的强度计算 3紧螺栓联接的强度计算 3紧螺栓联接的强度计算 紧螺栓联接强度计算 仅受预紧力的紧螺栓联接 受横向工作载荷的紧螺栓联接 同时受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接 受横向工作载荷的紧螺栓联接 螺栓杆与孔壁的挤压强度条件 螺栓杆的剪切强度条件 Lmin 挤压面的最小高度 Lmin 1 25d0 d0 光杆直径 当用铰制孔用螺栓联接时 当用普通螺栓联接时 T1 因横向载荷是由预紧力在被联接件间产生的摩擦力来抵抗的 所以应满足 预紧力F0 拉伸应力 螺纹摩擦力矩T1 扭转切应力 强度计算准则 与仅受预紧力的螺栓联接相同 第四强度理论 螺栓的计算应力为 T1 校核式 设计式 同时受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接 螺栓受预紧力F0后 再在工作拉力F的作用下 螺栓的总拉力F2 螺母未拧紧 螺母已拧紧 已承受工作载荷 受力变形图 F2 F0 被联接件总压缩量为 螺栓总伸长量为 螺栓中总拉力为 F2 F2 F1 1 式中F1为残余预紧力 F0 F2 力与变形线图 螺栓 被联接件 合并后 预紧后 预紧且有工作载荷后 F F0 Ob Om 力 变形 A B C b m b m F2 F F1 力与变形线图 为保证连接的紧密性 应使残余预紧力F1 0 一般根据连接的性质确定F1的大小 推荐采用的F1为 对于用密封要求的连接 F1 1 5 1 8 F对于一般连接 工作载荷稳定时 F1 0 2 0 6 F工作载荷不稳定时 F1 0 6 1 0 F 各力定义 1 预紧力F0 拧紧螺母后 作用在螺栓上的拉力和被联件上压力 2 工作拉力F 对螺栓联接施加的外载荷 3 残余预紧力F14 螺栓的总拉力F2 2 3 1 强度计算这时即可套用前面预紧力作用下螺栓强度计算式 考虑受载后补充拧紧 总载荷取总拉力F2的1 3倍 设计式 校核式 疲劳强度计算 轴向工作载荷变化范围 0 F 螺栓所受的总轴向拉力 F0 F2 螺栓中的应力变化范围 忽略螺纹间摩擦力矩 疲劳强度计算应力幅 那么 强度条件为 对重要零件 校核疲劳安全系数 5 5螺栓联接受力分析和强度分析总结 螺栓联接受力分析和强度分析总结 在强度计算公式中所使用的载荷必须是计入各种影响后螺栓承受的总的载荷 松螺栓联接为工作载荷F 对只承受预紧力的紧螺栓联接要考虑拧紧力矩的影响 为预紧力F0的1 3倍 对同时承受轴向工作载荷的紧螺栓联接 考虑受载后补充拧紧 总载荷取总拉力F2的1 3倍 强度校核计算 由机器要求确定工作载荷F 由工作性能要求确定工作状态下连接的紧密性要求确定残余预紧力F1 计算螺栓中的最大拉力F2及危险截面最大应力 ca 试选螺栓尺寸 确定d1 细节结构设计 NO YES 由工作性能要求确定工作状态下连接的紧密性要求确定需要的残余预紧力 F1 试选螺栓尺寸 确定d1 由机器要求确定工作载荷F 由螺栓材料性能计算螺栓可承受最大拉力F2 计算螺栓联接中的残余预紧力F1 细节结构设计 NO YES 确定螺栓预紧情况F0 5 8提高螺纹联接强度的措施 1降低应力幅 提高螺栓疲劳强度 2改善螺纹牙上载荷分布不均匀现象 3减小应力集中 4采用合理的制造工艺方法 1降低应力幅 提高螺栓疲劳强度 由式可知 减小螺栓刚度Cb或增大被联接件的刚度Cm都可以减小应力幅 提高螺栓的疲劳性能 但是 F1减小 联接的紧密性受到了影响 可在不影响静强度的条件下增大预紧力 以保持联接紧密性 减少螺栓刚度Cb 加长螺栓 柔性螺栓 空心 腰杆 螺母下加弹性元件 增加被联接件的刚度Cm 刚度大的垫圈 2改善螺纹牙上载荷分布不均匀现象 螺栓所受的总拉力是通过相接触的螺纹牙面传递的 由于螺栓和螺母的刚度不同 变形性质不同 造成各圈螺纹牙上的受力不同 采用均载螺母 如 悬置螺母 环槽螺母 内斜螺母或环槽且内斜螺母 或用钢丝螺套均载 3减小应力集中 主要从螺栓结构上来说 加大过度部位圆角 设置卸载槽 设置卸载过渡结构 螺纹收尾处留退刀槽 零件几何形状结构尺寸发生变化 当受载时都产生应力集中设计和制造中应增大过渡圆角 增加卸载结构 避免偏心载荷 提高制造精度 从设计 装配 制造上设法避免附加应力的产生 支承面不平 采用凸台或沉孔结构 球面垫圈 4采用合理的制造工艺方法 冷镦螺栓头部 滚压螺纹的螺栓比切制螺纹疲劳性能好 另外 氮化 氰化 喷丸处理可提高螺纹联接件的疲劳强度 采用冷墩螺栓头部 滚压螺纹 使应力集中变小 金属流线合理 冷作硬化硬表面留有残余应力 滚压螺纹疲劳强度比切削提高30 40 而且材料利用率高 生产效率高 制造成本低 实际证明螺栓的疲劳强度随直径的增大而降低 M20 M45 M75的螺栓疲劳极限之比约为2 5 1 5 1 所