螺栓连接的受力分析与验证

1、1,紧固部位验证,2,总布置的确认 1-1 突出尺寸、旋合尺寸、贴底距离、自由尺寸孔（螺钉孔）,可靠性的确认 3-1 螺纹加工的确认 3-2 螺丝强度的确认 3-3 极限表面压力的确定,选出必要轴力 2-1 外力的把握 2-2 必要轴力的计算 2-3 周方向外力的必要轴力的计算 2-4 轴垂直方向外力的必要轴力的计算 2-5 轴旋转方向外力的必要轴力的计算 2-6 将最小必要轴力转换为紧固力矩,紧固验证项目,是否松动！,是否损坏！,3,一般尽量保证23螺纹的富余,即使对于螺丝孔也要尽量保证23螺纹的富余,若是紧固零件附近有其他零件的话、要不与螺栓头干涉。,突出尺寸,旋合尺寸,贴底距离,总布置的

2、确认 螺丝的突出尺寸、旋合尺寸、贴底距离,基本2mm以上 最差0mm以上,基本3mm以上 最差0mm以上,1d以上 由于材质、强度不同而不同,4,紧固验证断面图的参考图例,5,紧固力矩和轴力的关系,轴力F,紧固力矩 T,6,1.1,1.3,切安全率：,0,1000,2000,3000,4000,5000,0,5,10,15,紧固力矩（）,轴力（）,力矩系数：0.2,必要轴力安全率 1.4,松动,破损,安全率 1.0,轴力紧固力矩,力矩系数偏差 23.4%,螺纹加工极限线,MINMAX,Ptmin,0.15,0.25,Ptmax,松动极限线,极限必要轴力,7,转动松动 剪切载荷非常危险 扭转载荷

3、危险 拉伸载荷基本不会松动 非转动松动 磨损、弹力减弱、磨合适应、螺栓的塑性延伸、热膨胀、蠕变（creep）,松动发生的条件,8,验证例子,R减震器底部固定处,验证部位,9,轴方向的外力5501N （适用于接地点左右耐久载荷） 轴垂直方向的外力10965N （适用于上下耐久载荷） 轴旋转的外力15.1Nm （衬套的扭转反力）,选出必要轴力-1 外力的把握,没有外力的紧固部位的讨论 固定重量5G固定点数,10,计算必要轴力2-2 必要轴力的计算,1.轴方向外力所需的必要轴力 2.轴垂直方向外力所需的必要轴力 3.轴旋转方向外力所需的必要轴力,最小必要轴力,极限必要轴力,不松动的必要轴力,？N,？

4、N,安全率1.4,应用Max値,？N,？N,？N,11,轴方向载荷 Wa： 5501N,Ptmin = Wa+P = 5501+3135 = 8636N,轴力 : Ptmin,计算必要轴力-3 轴方向外力所需的必要轴力的计算,轴力损失 P ： 3135N,12,【单支撑结构】,2：螺栓螺母的接触面的摩擦系数,P ： 轴垂直入力载荷,必要轴力的计算2-4 轴垂直方向所需必要轴力的计算,1：被紧固物体接触面的摩擦系数,被紧固物体,紧固对象零件,轴力 : Ptmin,13,【双支撑结构】,P ： 轴垂直入力载荷,1：被紧固物体接触面的摩擦系数,轴力损失,轴力 : Ptmin,计算必要轴力4 轴垂直方

5、向所对应的必要轴力的计算,紧固对象零件（支架）,被紧固物体（轴衬）,14,轴力损失,双支撑结构的情况下损失的轴力,因为原本来开间隙时轴力损失就很大,51.5 - 49.6 = 1.9,BRKT的Max宽度管子的最短长度最大间隙,通过CAE计算出使BRKT强制位移1.9mm时的反力！ 结果：319.9kg所以轴力能够损失319.9kg(3135N)。,损失轴力P,计算必要轴力2-4 轴垂直方向外力对应的必要轴力的计算,1.9,轴力,15,【双支撑结构】,轴垂直入力载荷 ：10965,轴力损失 P ： 3135N,计算必要轴力-4 轴垂直方向外力对应的必要轴力的计算,= 21410N,1：被紧固物

6、体的支撑面摩擦系数,16,【双支撑结构】,T：入力力矩,【单支撑结构】,1：摩擦系数,2：摩擦系数,：摩擦系数 （一般为0.15）,轴衬接触面的等价摩擦直径,T：入力力矩,计算必要轴力 轴旋转方向对应的必要轴力的计算,轴力,螺母接触面的等价摩擦直径,di1 = (D2-d2)/2),17,【双支撑结构】,：摩擦系数 （一般为0.15）,计算必要轴力 轴旋转方向外力对应的必要轴力的计算,=,15.11000 0.1512.9,=7804 N,入力力矩 T ：15.1Nm,18,计算必要轴力2-6 最小必要轴力,1.轴方向外力对应的必要轴力 8636N 2.轴垂直方向外力对应的必要轴力 21410

7、N 3.轴旋转方向外力对应的必要轴力 7804N,最小必要轴力,不松动的必要轴力,安全率1.4,19,29974 N,90 Nm,最小紧固力矩,最小产生轴力,T = ( FKd ) / 1000 = (299740.2512) / 1000 = 90 Nm,计算最小轴力-6将最小轴力转化为紧固力矩,20,110Nm,最大紧固力矩,T max = 1.22Tmin = 1.2290 Nm = 110 Nm,紧固力矩控制幅度10%的情况,计算必要轴力 最大紧固力矩,21,可靠性的确认 螺纹加工的确认,螺纹加工安全率1.0,940N/mm292.1mm2 (屈服应力)(有效断面积),最大紧固力矩为

8、110Nm时的轴力 1101000 0.1512,22,紧固力引起的拉伸应力（N/mm2),螺栓拉伸载荷Wt 2970 螺丝处有效断面面积As 92.1, = = 32.2,紧固力引起的剪断载荷 （N/mm2), = = 273.6,剪断载荷Ws 25200 螺丝处有效断面面积As 92.1,可靠性的确认 3-2 螺丝强度的确认,合成应力,v()2+32) = (32.22+3273.62) = 475,要是合成应力螺栓的屈服应力的话很安全 根据475N/mm2940N/mm2,大载荷的拉伸载荷,大载荷的剪断载荷,判定：,23,若是超过极限表面压力接触面会下陷发生松动。 表面压力： 安全率：,

9、 ：紧固轴力（最大产生轴力 Ptmax） Wa ：轴方向压缩外力（N) ：接触面面积(mm2) ：被紧固物体材料的极限表面压力 (N/mm2) y：材料的屈服点或耐力(N),承受轴力的零件都要保证表面压力,接触面面积A,washer的表面压力,Inner pipe的表面压力,BRKT表面压力,=0.0004y2+1.2561y-36.929,最坏偏差,可靠性的确认3-3 极限表面压力的确认,24,材料耐力y = 410 N/mm2 极限表面压力= 545.3 N/mm2,判断：,可靠性的确认 3-3 极限表面压力的确认,25,1.1,1.3,切安全率：,0,0,紧固力矩（）,轴力（）,力矩系数：0.2,轴力紧固力矩,力矩系数偏差23.4%,螺纹加工极限线,90 110,29974,0.15,0.25,86574,松动极限线,21410,安全率 1.4 OK,安全率 1.4 OK,26,（参考）力矩系数,27,屈服轴力（设计条件下限）,M12 迁都划分为10.9的螺栓,屈服轴力(N) = 94092.1 = 86574,28,（参考）紧固力矩和轴力的关系,Kf :