单个螺栓强度计算分析

1、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

2、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

3、, 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 （ M 10M64螺栓）,预紧力F0作用,5. 危险截面应力计算：

4、,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M10M64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（1.11.3）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（

5、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： pp ,（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: F1F0,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54） 试件材料常数， 碳钢.1-0.2，合金钢.2-0.3 K 拉压疲劳强度综合影