螺栓组受力分析与计算

螺栓组的载荷分析与计算1 .螺栓组联接的设计设计步骤：1 .螺栓组结构设计2 .螺栓受力分析3 .螺栓直径的确定4 .单向螺栓组紧固接合面的工作能力5 .止回螺栓所需的作用力是否适当确定螺栓的公称直径后，可以全面考虑底板的厚度、螺栓在立柱上的固定方法以及防松装置等来确定螺栓的类型、长度、精度以及相应的螺母、垫圈等的结构尺寸。1 .螺栓组合紧固的结构设计螺栓组紧固结构设计的主要目的是通过合理确定紧固接合面的几何形状和螺栓的配置形式，在各螺栓和紧固接合面之间受到均匀的力，使加工和组装变得容易。 因此，在设计时必须综合考虑以下几点1 )结合面的几何形状通常设计为轴对称的简单几何形状，例如圆形、环、矩形、框形、三角形等。 由此，不仅加工制造变得容易，而且对称地配置螺栓，使螺栓组的对称中心与接合面的形心一致，能够保持施加于接合面的力比较均匀。2 )螺栓的配置应使各螺栓的力合理。 用螺栓紧固铰链孔时，请勿在与作业负荷平行的方向上排列8根以上的螺栓，以免负荷分布不均匀。 螺栓受到弯曲力矩或转矩时，为了减小螺栓受到的力，请将螺栓的位置恰当地靠近接合面的边缘(下图)。 同时承受推力负荷和较大的横向负荷时，请采用销、套筒、键等抗剪部件承受横向负荷，减小螺栓的作用力及其结构尺寸。接合面受到力矩或转矩时的螺栓配置3 )螺栓的排列需要合理的间隔、边距。 在配置螺栓时，各螺栓轴线间及螺栓轴线与机体壁最小距离由扳手所需的可动空间的大小决定。 关于扳手空间的尺寸(下图)，请参照基准。 压力容器等密合性要求较高的重要紧固时，螺栓间距t0不得超过下表的推荐值。扳手空间尺寸螺栓间距t0注：表中d为螺纹公称直径。4 )在同一圆周上分布的螺栓的数量，为了在圆周上打孔时的分度和划线，必须是4、6、8等偶数。 同一螺栓组的螺栓材料必须具有相同的直径和长度。5 )避免对螺栓施加附加的弯曲负荷。 除了在结构上设法使负荷不偏心外，还必须在工艺上保证被紧固部件、螺母和螺栓头部的支承面平坦，与螺栓轴线垂直。 在铸造、锻造品等粗糙面上安装螺栓时，为凸台或锪孔台(下图1 )。 支承面为倾斜面时，请使用斜面垫圈(下图2 )等。图1凸台和盘座的应用图2斜面垫圈的应用2 .螺栓组连接的受力分析1 ) .承受横向载荷的螺栓组的紧固2 ) .承受扭矩的螺栓组的紧固3 ) .承受轴向载荷的螺栓组的紧固4 ) .承受流动力矩的螺栓组的紧固进行螺栓组的负荷分析的目的是为了进行螺栓连接的强度计算，根据连接的结构和负荷状况，求出最受负荷的螺栓及其负荷。为了简化计算，分析螺栓组连接的受力时，即使假定所有螺栓的材料、直径、长度和作用力相同，螺栓组的对称中心受到与连接面心重合的载荷，连接面仍保持平面。 下文将分别讨论一些典型的装载情况。1 ) .承受横向载荷的螺栓组的紧固图显示了由四个螺栓组成的承受横向载荷的螺栓组连接。 横向载荷作用线垂直于螺栓轴线，通过螺栓组的对称中心。 采用螺栓杆与孔壁之间有间隙的普通螺栓连接时(图a )。 使用铰链孔用螺栓紧固，该铰链孔通过紧固施力后在接合面之间产生的摩擦力来抵抗横向载荷(图b )，该铰链孔通过螺栓杆受到剪切和按压来抵抗横向载荷。 虽然两者的传递方式不同，但是在计算时，根据横总负荷f，各螺栓上的作业负荷被近似地认为是均等的。 因此，在铰链孔通过螺栓紧固的情况下，各螺栓受到的横向的剪切力(5-23 )式中，z为螺栓连接数。通常的螺栓连接时，在临时紧固连接后，请保证接合面之间产生的最大摩擦力超过横向负荷。设各螺栓所需作用力为Qp，螺栓数为z，则其平衡条件为或(5-24 )图：承受横向载荷螺栓组紧固公式中：f接合面之间的摩擦系数请参照下表i接合面数(图中，i=2)Ks防滑系数，Ks=1.11.3。根据式(5-24 )求出作用力Qp，用式(5-14 )检查螺栓的强度。连接接合面间的摩擦系数被紧固部件接合面表面状态摩擦系数f钢或铸铁部件干燥的加工表面0.10-0.16有油的加工表面0.06-0.10钢结构轧制表面，用钢丝刷去除锈迹0.30-0.35涂上丰富的锌0.35-0.40喷砂处理0.45-0.55钢对砖混凝土、木材干燥表面0.40-0.452 ) .承受扭矩的螺栓组的紧固如下图所示，扭矩t作用于紧固接合面，由于拒绝旋转t，底板绕通过螺栓组的对称中心o并垂直于接合面的轴线旋转。 为了防止底板的旋转，可以用普通螺栓紧固，也可以用螺栓紧固铰链孔。 其传递方式与承受横向载荷的螺栓组相同。图：承受扭矩的螺栓组的紧固采用普通螺栓时，紧固紧固轴环后接合面之间产生的摩擦扭矩可抵抗扭矩t。 假设各螺栓的作用力为相同程度、即各螺栓的作用力为Qp，则假设在各螺栓紧固部位产生的摩擦力相等，该摩擦力集中作用于螺栓中心。 为了阻止接合面的相对旋转，各摩擦力从各螺栓的轴线由上式得到的各螺栓所需的作用力【5-25】式中：表示f接合面摩擦系数从第ri个螺栓轴线到螺栓组对称中心o的距离z 伏特数Ks 防滑系数，与前面相同。根据上式求出作用力Qp，用式(5-14 )检查螺栓的强度。采用铰链孔用螺栓时，根据转矩t，各螺栓受到剪切和按压，各螺栓受到的横向剪切力和连接各螺栓轴线与螺栓组的对称中心o的线(即斗杆r )。 (垂直) (图b )。 为了求出各螺栓的作业剪切力的大小，假定底板为刚体，即使承受负荷，接合面也保持为平面。 各螺栓剪切变形量与从各螺栓轴线到螺栓组的对称中心o的距离成比例。 即，越远离螺栓组的对称中心o，螺栓的剪切变形量越大。 各螺栓的剪切刚性相同的话，螺栓的剪切变形量越大，其承受的功剪切力也越大。 如图b所示，从第I个螺栓和受到最大力的螺栓的轴线到螺栓组的对称中心o的距离分别用ri、rmax表示. 分别表示第I个螺栓和受到最大力的螺栓的工作剪切力【5-26】根据作用于底板力矩平衡的条件即，5-27连接式(5-26 )及(5-27 )可求出最受力螺栓的功能剪切力【5-28】图中所示的法兰联轴器是受扭矩的螺栓组紧固的典型部件。 每个螺栓的力r1=r2=rz的关系及螺栓连接的类型可分别代替人式(5-25 )或(5-28 )求出。3 ) .承受轴向载荷的螺栓组的紧固下图为承受轴向总载荷FS的气缸盖螺栓组的紧固。 FS的作用线与螺栓轴线平行，通过螺栓组的对称中心o。 计算中认为各螺栓平均承受载荷，各螺栓承受的轴向载荷为图：承受轴向载荷的螺栓组的紧固4 ) .承受流动力矩的螺栓组的紧固下图a是承受阻尼力矩的地板螺栓组的紧固。 倾斜矩m通过x-x轴，作用于垂直于连接面的对称平面。 在底板承受霸权力矩之前，由于螺栓被紧固，螺栓受到加载力Qp的影响，具有均匀伸长的地基被各螺栓的Qp均匀压缩。 倾斜力矩作用于底板后，以轴线o-o为中心倾斜角度，假设保持平面不变。 此时，在轴线O-O的左侧地基松动，螺栓被进一步拉伸，在右侧螺栓松动，地基被进一步压缩。 施加在底板上的力如图c所示。图：承受流动力矩的螺栓组紧固用于接合面材料的允许压力p可以查看下表。表：接合面材料的允许挤出应力p注意：l)s是材料屈服权，MPa； B是材料强度极限，MPa。2 )接合面材料不同时，应选择强度较弱的材料。3 )在结合上施加负荷时，p取表中的大值，在承受可变负荷时，取小值计算承受霸权力矩的螺栓组的强度时，首先根据作用力Qp、最大动作负荷Fmax，决定受力最大的螺栓的总拉伸力q，通过式(5-18 )求出【5-38】接着，接着式(5-19 )进行强度计算。决定螺栓直径首先，选择螺栓材料，确定其性能等级，检测该材料的屈服极限，检测安全系数，计算螺栓材料的容许应力=s/S。螺纹直径d1根据以下公式计算最后根据螺纹规格选择螺纹公称直径。螺纹接头材料适合螺纹接头制造的材料种类较多，常用材料为低碳钢Q215、10号钢和中碳钢Q235、35、45号钢。 承受冲击、振动或变载荷的螺纹接头可采用15Cr、40Cr、30CrMnsi等低合金钢、合金钢。 特殊用途(防锈、防磁、导电、高温等)的螺纹接头可采用特殊钢或铜合金、铝合金等。表：螺栓的性能等级(摘自GB 3098.1-82 )注：规定性能等级的螺栓、螺母在图纸上仅显示性能等级，不要显示材料品种。表：螺母的性能等级(摘自GB 3098.2-82 )4 .单向螺栓组紧固接合面的功能根据情况强度检查螺栓。5 .止回螺栓所需的作用力。 使用以下公式碳钢螺栓合金钢螺栓公式中：ss伏材料屈服极限A1伏的危险截面面积。式(5-14 )松动螺钉紧固强度计算抗拉强度的条件如下所示【5-14】式中： F-螺栓工作负荷，n；d1-螺栓危险截面的直径，mm；-螺栓材料的容许拉伸应力，MPa紧固螺栓紧固强度计算1 .仅受偏置力的紧固螺栓紧固抗拉强度的条件如下所示式中： qp-螺栓承受的作用力，n。那个馀弦的意思相同。2 .承受作用力和动作张力的紧固螺栓紧固抗拉强度条件如下所示式中： q-螺栓总拉力，n。那个馀弦的意思相同。螺栓总拉力的计算：Q=Qp Cb/(Cb Cm)F式中： Cb/(Cb Cm )称为螺栓的相对刚性，一般设计时，可通过下表中的推荐数据进行选择。螺栓的相对刚性Cb/(Cb Cm )被连接钢板间使用的垫片种类Cb/(Cb Cm )金属垫片(或无垫片)0.20.3皮制垫片0.7铜皮石棉垫片0.8橡胶密封圈0.9疲劳强度计算对于承受推力载荷的重要联接，正确检查螺栓的疲劳强度，计算其最大应力，计算安全系数公式中：表示s-1tc伏材料对称循环拉伸疲劳极限、MPa、s-1tc值关于试样材料特性、即循环应力下的平均应力的换算系数=0.10.2，合金钢情况下为=0.20.3；忽略-拉伸疲劳强度综合影响系数、加工方法的影响时，请参照K=K/e、k此处为有效应力集中系数、表e为尺寸系数、表S 安全系数。螺纹接头常用材料的疲劳极限(摘自GB38-76 )材料疲劳极限(MPa )s-1战斗机s-1tc战斗机10Q215354540Cr160220170220220至300250至340320至440120150120160170220190250240至340螺钉紧固的安全系数s加载类型静负荷可变负荷松开螺栓连接1.21.7太紧了贝塞子联去接你能接受轴上进心和躺下上进心载置荷的双曲馀弦值普遍通贝塞子联去接你否参加考试担心预行太紧了力量的双曲馀弦值珍妮化为乌有计价器计算M6M16M16M30M30M60M6M16M16M30M30M60碳钢5442.52.52碳钢12.58.58.58.512.5合金钢5.7553.43.43合金钢106.86.86.810参加考试担心预行太紧了力的计算1.21.51.21.5(Sa=2.54 )铰孔用螺栓连接钢： Sr=2.5，Sp=1.25铸铁： Sp=2.02.5钢： Sr=3.55，Sp=1.5铸铁： Sp=2.53.03 .承受工作剪切力的螺栓紧固螺栓杆和孔壁的挤压强度条件螺栓杆抗剪强度条件的式中： F 伏受功剪力，n；d0 螺栓截面直径(最好是螺栓孔直径)，mm；Lmin 螺栓棒与孔壁按压面的最小高度、mm，设计时为Lmin1.25d0p螺栓或孔壁材料的允许挤压应力，MPa； 伏材料的允许剪应力，MPa。承受工作剪切力的螺栓连接有效应力集中系数材料的40060080010003.03.94.85.2尺寸系数返回到顶部直径d(mm )162024283240485664728010.810.760.710.680.630.600.570.540.520.50用于接合接合面材料的