螺纹连接20题

1 .厚度=12mm的钢板用4根螺栓固定在厚度1=30mm的铸铁制托架上，螺栓的配置如图所示有(a )、(b )两种。已知螺栓材料为Q235、=95MPa、=96MPa、钢板P=320MPa、铸铁P1=180MPa、接合面间摩擦系数f=0.15、可靠性系数Kf=1.2、载荷F=12000N、尺寸l=400mm、a=100mm .支撑件螺栓组紧固(1)比较哪个螺栓配置方案合理(2)按照螺栓配置的合理方案，分别决定普通螺栓紧固和铰孔螺栓紧固时的螺栓直径。解题分析：本问题是螺栓组受横向载荷和转矩共同作用的典型例子。 为了解决问题，首先简化了作用于钢板的外载荷f与螺栓组连接的接合面的形心，得出了该螺栓组受到横载荷f和转矩t这两种简单的载荷作用的结论。 然后，将这两种简单的负荷分配给各个螺栓，找到最受力的螺栓，根据矢量堆的原理求出该螺栓受到的横向负荷。 在外载荷和螺栓数一定的条件下，对于不同的螺栓配置方案，受力最大的螺栓承受的载荷不同，受力最小的螺栓承受的载荷比较合理的螺栓配置方案明确了。 螺栓组使用铰链孔用螺栓紧固时，螺栓的光轴部分在剪切面和接合面之间被按压而横向载荷传递，其设计基准通过保证螺栓的剪切强度和紧固的按压强度，能够根据相应的强度条件式计算受到最大力的螺栓的危险截面的直径。 螺栓组用普通螺栓紧固时，通过紧固螺母，在被紧固部件的接合面之间产生充分的摩擦力，传递横向负荷。 在这种情况下，螺栓所需要紧固力必须由最初受到力的螺栓受到的横向载荷求出，而且，利用仅受到作用力的紧固螺栓进行紧固，在利用拉伸强度条件式计算螺栓危险截面的直径d1之后，根据d1检查基准选定螺栓直径d，根据被紧固部件的厚度、螺母、垫圈的厚度解题要点：1 .螺栓组连受力分析(1)简化负荷将载荷f简化为与螺栓组连接的接合面的形心o点，得到横向载荷F=12000N和转矩T=Fl=12000400=4.8106Nmm (图1 )。(2)确定各螺栓承受的横向负荷通过横向力f，各螺栓所承受的横向载荷Fs1的大小与f相同。Fs1=F/4=12000/4=3000 N另一方面，通过转矩t，从各螺栓的中心到重心o的距离相等，因此施加于各螺栓的横向载荷FS2的大小也相同，但是连结各垂直螺栓的中心和重心o的方向(图2 )。在方案(a )中，从各螺栓中心到重心o点的距离所以呢由图2(a )可知，由于螺栓1和2受到的两力的角度a最小，因此螺栓1和2受到的横向载荷最大，即在方案(b )中，从各螺栓中心到重心o点的距离rb=a=100mm所以呢从图2b可知，螺栓1受到横向负荷最大、即(三)两个方案的比较在螺栓配置方案(a )中，最受力螺栓1和螺栓2受到的总横向载荷=10820N； 在螺栓配置方案(b )中，受力最大的螺栓1受到的总横向负荷=15000N。 因此可见，建议(a )是合理的。2 .在螺栓配置方案(a )中确定螺栓直径(1)使用铰孔用螺栓紧固1 )铰链孔用螺栓紧固是因为螺栓光轴在剪切面和配合面之间被按压而传递横向载荷，所以根据剪切强度设计螺栓光轴部分的直径dsmm检查GB27-88，获取M1260(ds=14mm11.98mm )。2 )对照面的按压强度：图解3所示配合面的尺寸为螺栓光棒与钢板孔间螺栓光杆与铸铁托架孔之间=因此，接合面的按压强度是足够的。(2)用普通螺栓紧固在通常的螺栓紧固中，临时紧固螺栓通过在被紧固部件的接合面之间产生的摩擦力来传递横向载荷，因此，首先求出螺栓所需的临时紧固力f。由、得n根据强度条件式计算螺栓小径d1、即mm检查GB196-81，取出M45(d1=40.129mm38.8mm )。2 .轴承托架用4根普通螺栓紧固在钢柱上，托架材料为HT150、容许按压力P=60MPa、螺栓材料的强度等级为6.6级、容许安全系数S=3、接合面间摩擦系数f=0.15、可靠性系数Kf=1.2、螺栓相对刚性、载荷F=6000N，尺寸如图所示试着设计这个螺栓组连接。解题分析：本问题在螺栓组连接受到横向载荷、轴载荷和霸权力矩的共同作用的典型例子中解题时，首先将作用于托架的载荷f分解为水平方向和垂直方向的两个分力，在螺栓组连接面的形心o点简化，该螺栓组连接受到横向载荷、轴载荷和霸权力矩这三个简单的载荷作用时然后，分析该螺栓组的连接分别在这3种简单负荷下可能发生的故障：横向负荷下托架下降轴向负荷和霸权力矩使接合面上部分离霸权力矩和轴向负荷使托架下部或立柱压溃受力最大的螺栓根据上述故障分析，为了防止分离和下降的发生，要求将作用力抑制在一定范围内，以使必须确保充分的作用力的支架和立柱不会被压扁。 因此，作用力的决定不仅应该考虑横向载荷使接合面不发生相对滑动的条件，还应该考虑接合面上部不分离、支架下部和立柱不被压扁的条件。 另外，此时接合面之间产生足够的摩擦力，使横向负荷平衡的不是作用力f ，而是剩馀作用力f 。 螺栓承受的轴向作业载荷由螺栓组连接承受的轴向载荷和力矩决定。 显然，以上的2个螺栓通过螺栓群的连接受到的推力载荷和霸权矩产生的推力载荷的方向相同，重叠矢量后的数值最大的是受力最大的螺栓。 最后，根据承受最大力的螺栓的轴向动作负荷和作用力，决定螺栓承受的总拉伸力F0，根据螺栓的总拉伸力F0计算螺栓的直径尺寸，满足螺栓的强度。解题要点：1 .螺栓组载荷分析如图所示，负荷f的分解横向负荷n (垂直向下)轴向负荷n (水平右方向)在将Fy与螺栓组连接接合面的形心o点简化，得到霸权力矩Nmm显然，该螺栓组受到横向载荷Fy、轴载荷和倾斜力矩m 3种简单载荷的共同作用。(1)确定承受最大力的螺栓的轴向工作负荷。 轴向负荷作用时，各螺栓受到的轴向负荷n另外一方面，利用倾斜力矩m进一步拉伸上部螺栓，各螺栓承受轴向的动作载荷n很明显，上部螺栓受力最大，其轴向工作负荷为n(2)螺栓作用力f 1 )根据托架不下降的条件计算作用力f。 在该螺栓组连结施力后，在作用有轴向载荷的情况下，其接合面间压力为残留作用力F，但在作用有霸权力矩m的情况下，其接合面上部的按压力减少，下部的按压力增大，因此也可以不考虑m对接合面间的按压力的影响。 因此，支架不会掉落的条件式KfFy然后呢有的所以呢若将已知数值代入上式n2 )从接合面不分离的条件推压力f 可得式中，A接合面面积、A=280(500-280)=61 600mm2；W接合面耐弯曲面弹性模量、即mm3Z伏特数，Z=4。其他参数与以前相同。若将已知数值代入上式n3 )根据托架下部不被压扁的条件，计算作用力f (钢柱比铸铁托架的压缩强度高)。 由可得式中，托架材料的允许挤出应力，=60MPa。其他参数与以前相同。如果把已知的数值加入上式=921 113 N综合以上三方面的计算，设f=11000n。2 .计算螺栓的总张力F0这是在作用有作用力f 之后作用有轴向的动作载荷f的紧固螺栓的连结，因此螺栓的总张力为n3 .螺栓直径的确定式中为螺栓材料的容许拉伸应力，从问题中了解条件=360/3=120MPa。所以mm检查GB196-81，取得M16(d1=13.855mm12.757mm )。说明：此问题也可以在托盘不下降的条件下决定弹力f ，然后检查托盘上部不分离，托盘下部不会压扁。3 .如图所示，气缸盖和气缸体的法兰用通常的螺栓连接。 可知气缸内的压力p在02MPa之间变化，气缸内径D=500mm，螺栓分布圆直径D0=650mm。 为了确保气密性，需要多馀的作用力(f为螺栓轴向的动作负荷)、螺栓间距(d为螺栓的大径)。 螺栓材料的容许拉伸应力=120MPa、容许拉伸应力宽度MPa。 采用铜皮石棉衬垫，采用螺栓的相对刚性，试图设计该螺栓组的连接。解题分析：本问题是典型的只有轴向负荷作用的螺栓群连接。 但是，施加在螺栓上的负荷会发生变化，因此需要用静强度计算螺栓直径，验证疲劳强度。 另外，为了确保连接的气密性，除了确保充分的剩馀作用力外，还应选择适当的螺栓数，以防止螺栓间的间隔变大。解题要点：1 .初始选型螺栓数z为了防止螺栓的分布圆直径变大、螺栓间的间隔变大，选择多个螺栓，首先设定Z=24。2 .计算螺栓轴向的工作负荷f(1)螺栓组连接的最大轴向负荷FQ :FQ=N(2)螺栓的最大推力载荷f :FQ=16362.5 N3 .计算螺栓的总拉力F016 632.5=45815 N4 .计算螺栓直径mm=25.139mm毫米检查GB196-81，获取M30(d1=26.211mm25.139mm )。5 .单向螺栓疲劳强度螺栓满足疲劳强度。6 .单向螺栓的螺距实际的螺栓间距螺栓的螺距符合连接的气密性要求。4 .起重机卷轴和大齿轮如图所示由8根普通螺栓连接。 已知阀柱直径D=4000mm、螺栓分布圆直径D0=500mm、接合面间摩擦系数f=0.12、可靠性系数Ks=1.2、起重机电缆拉伸力FQ=50000N、螺栓材料的允许拉伸应力=100MPa。 试着设计这个螺栓组的螺栓直径。解题分析：本问题是只有典型的转矩作用的螺栓群连接。 本问题是通常的螺栓紧固，为了通过接合面间的摩擦扭矩来平衡外负荷的旋转扭矩，计算螺栓所需要的作用力f是很重要的。 由于本问题螺栓仅作用有作用力f ，因此能够按压作用力f 决定螺栓的直径。解题要点：1 .计算转矩tNmm2 .螺栓所需作用力f 由得到若将已知数值代入上式50000 Nmm3 .螺栓直径的确定mm检查GB196-81，得到M36(d1=31.670mm28.768mm )。讨论： (1)该问题也可改为验证计算问题，知道螺栓的直径，验证其强度。 那个解题顺序还需要求f后再进行管理。(2)该问题也可改变为计算起重机缆索的张力FQ。 若知道螺栓直径，计算该螺栓能够承受的作用力f ，在接合面的摩擦转矩与作用于螺栓组的旋转转矩平衡的条件下求出拉伸力FQ得到5 .在下图所示的2种紧固螺栓上连接着，图a是用1根螺栓连接着，图b是用2根螺栓连接着的。 在图a和图b中，可知载荷FQ=2 000N、轴径d=60mm、从FQ到轴径中心的距离L=200mm、从螺栓中心到轴径中心的距离l=50mm。 轴与轮毂接合面间的摩擦系数f=0.5mm、可靠性系数Ks=1.2、螺栓材料的允许拉伸应力=100MPa。 尝试确定图a和图b的连接螺栓的直径d。解问题分析：(参照图解)夹紧接头用接地螺栓紧固后，通过轮毂与轴之间产生的摩擦扭矩，使外载荷FQ在轴中心产生的扭矩平衡，由此，螺栓组受到旋转扭矩的作用而变异，连结螺栓仅受到作用力f 的作用。 由于螺栓组连结后产生的摩擦扭矩是通过轮毂与轴之间的正压FN来计算的，因此该正压FN的大小当然与螺栓作用力f的大小有关，但是一般来说计算时会出错。 在决定加载力f和正压FN的关系时，关于图a，将轮毂上的k点视为铰链，可以将一部分作为分离体，另一方面，在图b中，希望将左轮毂作为分离体。 在确定了f与FN的关系式之后，根据轴与轮毂之间不发生相对滑动的条件，确定正压FN与载荷FQ的关系式，通过求解二式联立，计算作用力f的值，最后根据螺栓紧固的强度条件式，确定必要的紧固螺栓的直径d。解题要点：1 .确定图a的连接螺栓直径d(1)螺栓紧固所需作用力f将轮毂上的k点看作铰链，轴对轮毂的正压为FN，正压FN产生的摩擦力为fFN。如果将轮毂上的一部分作为分离体，将k点作为力矩所以呢(注意：此时作用于分离体的力没有外负荷FQ )根据轴与轮毂间不发生相对滑动条件所以呢所以有若将已知数值代入上式=20000 N(2)确定连接螺栓的直径d由于该连结螺栓仅作用有作用力f ，因此其螺纹直径mm检查GB196-81，获取M24(d1=20.752mm18.195mm )。2 .确定图b的连接螺栓直径d(1)螺栓紧固所需作用力f以左轮毂为分离体，显然f=fn/2 .根据轴与轮毂间不发生相对滑动条件所以呢所以有如果将相关系数值代入上式=N(2)确定连接螺栓的直径d由于在该连结螺栓上仅作用有作用力f ，因此其螺纹直径mm检查GB196-81，获取M30(d1=26.211mm21.009mm )。说明：此处调查的紧固螺栓的直径d由第一系列决定。按下第二系列，连接螺栓的直径d为M27(d1=23.752mm )。6 .图示的弓形夹具用Tr285螺钉夹紧，已知压力F=40 000N、螺钉前端直径d0=20mm、螺钉副和螺钉前端与工件的摩擦系数f=0.15。 (1)试析该螺钉副是否能自锁，(2)计算紧固扭矩t。解题要点：(1)gb5796.1-86tr285梯形螺纹的参数如下所示大径d=28mm； 中径d2=25.5mm； 间距p=5mm。 另外，由于