螺栓组受力分析与计算Word文档格式.docx

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图2斜面垫圈的应用

2.螺栓组联接的受力分析

1).受横向载荷的螺栓组联接2).受转矩的螺栓组联接3).受轴向载荷的螺栓组联接4).受倾覆力矩的螺栓组联接

进行螺栓组联接受力分析的目的是,根据联接的结构和受载情况,求出受力最年夜的螺栓及其所受的力,以便进行螺栓联接的强度计算.

为了简化计算,在分析螺栓组联接的受力时,假设所有螺栓的资料,直径,长度和预紧力均相同;

螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合;

受载后联接接合面仍坚持为平面.下面针对几种典范的受载情况,分别加以讨论.

1).受横向载荷的螺栓组联接 

图所示为一由四个螺栓组成的受横向载荷的螺栓组联接.横向载荷的作用线与螺栓轴线垂直,并通过螺栓组的对称中心.当采纳螺栓杆与孔壁间留有间隙的普通螺栓联接时(图a).靠联接预紧后在接合面间发生的摩擦力来抵当横向载荷;

当采纳铰制孔用螺栓联接时(图b),靠螺栓杆受剪切和挤压来抵当横向载荷.虽然两者的传力方式分歧,但计算时可近似地认为,在横向总载荷F∑的作用下,各螺栓所承当的工作载荷是均等的.因此,对铰制孔用螺栓联接,每个螺栓所受的横向工作剪力为

(5-23)

式中z为螺栓联接数目.

对普通螺栓联接,应保证联接预紧后,接合面间所发生的最年夜摩擦力必需年夜于或即是横向载荷.

假设各螺栓所需要的预紧力均为Qp,螺栓数目为z,则其平衡条件为

(5-24)

图:

受横向载荷的螺栓组联接

式中:

f——接合面间的摩擦系数,见下表;

i——接合面数(图中,i=2);

Ks——防滑系数,K.

由式(5-24)求得预紧力Qp,然后按式(5-14)校核螺栓的强度.

联接接合面间的摩擦系数

被联接件

接合面的概况状态

摩擦系数f

钢或铸铁零件

干燥的加工概况

0.

有油的加工概况

0.06-0.10

钢结构

轧制概况,钢丝刷清理浮锈

0.30-0.35

涂富锌漆

0.35-0.40

喷砂处置

0.45-0.55

钢铁对砖料,混凝土或木材

干燥概况

0.40-0.45

2).受转矩的螺栓组联接 

如下图所示,转矩T作用在联接接合面内,在转拒T的作用下,底板将绕通过螺栓组对称中心O并与接合面相垂直的轴线转动.为了防止底板转动,可以采纳普通螺栓联接,也可以采纳铰制孔用螺栓联接.其传力方式和受横向载荷的螺栓组联接相同.

图:

受转矩的螺栓组联接

采纳普通螺栓时,靠联接领紧后在接合面间发生的摩擦力矩来抵当转矩T.假设各螺栓的预紧水平相同,即各螺栓的预紧力均为Qp,则各螺栓联接处发生的摩擦力均相等,并假设此摩擦力集中作用在螺栓中心处.为阻止接合面发生相对转动,各摩擦力应与各该螺栓的轴线到

由上式可得各螺栓所需的预紧力为

【5-25】

f——接合面的摩擦系数,见表;

ri——第i个螺栓的轴线到螺栓组对称中心O的距离;

z——螺栓数目;

Ks——防滑系数,同前.

由上式求得预紧力Qp,然后按式(5-14)校核螺栓的强度.

采纳铰制孔用螺栓时,在转矩T的作用下,各螺栓受到剪切和挤压作用,各螺栓所受的横向工作剪力和各该螺栓轴线到螺栓组对称中心O的连线(即力臂r.)相垂直(图b).为了求得各螺栓的工作剪力的年夜小,计算时假定底板为刚体,受载后接合面仍坚持为平面.则各螺栓的剪切变形量与各该螺栓轴线到螺栓组对称中心O的距离成正比.即距螺栓组对称中心O越远,螺栓的剪切变形量越年夜.如果各螺栓的剪切刚度相同,则螺栓的剪切变形量越年夜时,其所受的工作剪力也越年夜.如图b所示,用ri、rmax分别暗示第i个螺栓和受力最年夜螺栓的轴线到螺栓组对称中心O的距离;

Fi、Fmax.分别暗示第i个螺栓和受力最年夜螺栓的工作剪力,则得

【5-26】

根据作用在底板上的力矩平衡的条件得

即 

【5-27】

联解式(5-26)及(5-27),可求得受力最年夜的螺栓的工作剪力为

【5-28】

图所示的凸缘联轴器,是接受转矩的螺栓组联接的典范部件.各螺栓的受力根据

r1=r2=…=rz的关系以及螺栓联接的类型,分别代人式(5-25)或(5-28)即可求得.

3).受轴向载荷的螺栓组联接 

下图为一受轴向总载荷F的汽缸盖螺栓组联接.F的作用线与螺栓轴线平行,并通过螺栓组的对称中心O.计算时,认为各螺栓平均受载,则每个螺栓所受的轴向工作载荷为

受轴向载荷的螺栓组联接

4).受倾覆力矩的螺栓组联接 

下图a为一受倾覆力矩的底板螺栓组联接.倾覆力矩M作用在通过x-x轴并垂直于联接接合面的对称平面内.底板接受倾覆力矩前,由于螺栓已拧紧,螺栓受预紧力Qp,有均匀的伸长;

地基在各螺栓的Qp作用下.有均匀的压缩,如图b所示.当底板受到倾覆力矩作用后,它绕轴线O—O倾转一个角度,假定仍坚持为平面.此时,在轴线O-O左侧,地基被放松,螺栓被进一步拉伸,在右侧,螺栓被放松,地基被进一步压缩.底板的受力情况如图c所示.

受倾覆力矩的螺栓组联接

联接接合面资料的许用挤压应力[σ]p,可查下表.

表:

联接接合面资料的许用挤压应力[σ]p

l)σs为资料屈服权限,MPa;

σB为资料强度极限,MPa.

2)当联接接合面的资料分歧时,应按强度较弱者选取.

3)联接接受载荷时,[σ]p应取表中较年夜值;

接受变载荷时,则应取较小值

计算受倾覆力矩的螺栓组的强度时,首先由预紧力Qp、最年夜工作载荷Fmax确定受力最年夜的螺栓的总拉力Q,由式(5-18)得

【5-38】

然后接式(5-19)进行强度计算.

确定螺栓直径 

首先选择螺栓资料,确定其性能品级,查出其资料的屈服极限,并查出平安系数,计算出螺栓资料的许用应力[σ]=σs/S.

根据以下公式计算螺纹小径d1:

最后按螺纹标准,选用螺纹公称直径.

螺纹联接件的资料

适合制造螺纹联接件的资料品种很多,经常使用资料有低碳钢Q215、10号钢和中碳钢Q235、35、45号钢.对接受冲击、振动或变载荷的螺纹联接件,可采纳低合金钢、合金钢,如15Cr、40Cr、30CrMnsi等.对特殊用途(如防锈蚀、防磁、导电或耐高温等)的螺纹联接件,可采纳特种钢或铜合金、铝合金等.

表:

螺栓的性能品级(摘自GB3098.1-82)

注:

规定性能品级的螺栓、螺母在图纸中只标出性能品级,不应标出资料牌号.

螺母的性能品级(摘自GB3098.2-82)

,是根据实际情况,对螺栓进行强度校核.

.采纳公式为:

碳素钢螺栓 

合金钢螺栓 

s——螺栓资料的屈服极限;

A1——螺栓危险截面的面积.

式(5-14)

松螺纹联接强度计算

拉伸强度条件为:

【5-14】

F--螺栓工作载荷,N;

d1--螺栓危险截面的直径,mm;

[σ]--螺栓资料的许用拉应力,MPa.

紧螺栓联接强度计算

仅接受预紧力的紧螺栓联接

Qp—螺栓所受预紧力,N.

其余符号意义同前. 

2. 

接受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接

①拉伸强度条件为:

Q—螺栓总拉力,N.

其余符号意义同前.

螺栓总拉力的计算:

Q=Qp+[Cb/(Cb+Cm)]·

F

式中:

Cb/(Cb+Cm)称为螺栓的相对刚度,一般设计时,可按下表推荐的数据选取.

螺栓的相对刚度Cb/(Cb+Cm)

被联接钢板间所用垫片类别

Cb/(Cb+Cm)

金属垫片(或无垫片)

0.2~0.3

皮革垫片

0.7

铜皮石棉垫片

0.8

橡胶垫片

0.9

②疲劳强度计算

对受轴向变载荷的重要联接,应对螺栓的疲劳强度作精确校核,计算其最年夜应力计算平安系数:

-1tc 

——螺栓资料的对称循环拉压疲劳极限,MPa,-1tc 

值见表

——试件的资料特性,即循环应力中平均应力的折算系数,对碳素钢, 

=0.1—0.2,对合金钢, 

=0.2—0.3;

—拉压疲劳强度综合影响系数,如忽略加工方法的影响,则Kσ=kσ/εσ,Kσ此处为有效应力集中系数,见表εσ为尺寸系数,见附表;

——平安系数.

螺纹联接件经常使用资料的疲劳极限(摘自GB38-76)

资料

疲劳极限(MPa)

σ-1

σ-1tc

10

Q215

35

45

40Cr

160~220170~220220~300250~340320~440

120~150

120~160

170~220

190~250

240~340

螺纹联接的平安系数S

受载类型

静载荷

变载荷

松螺栓联接

~1.7

M6~M16

M16~M30

M30~M60

碳钢

5~4

4~

~2

~

合金钢

~5

5~

~3

10~

~10

力的计算

(Sa~4)

铰制孔用

螺栓联接

钢:

Sr

铸铁:

S~

Sr~5,S

接受工作剪力的紧螺栓联接

螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为

螺栓杆的剪切强度条件为

——螺栓所受的工作剪力,N;

d0 

——螺栓剪切面的直径(可取为螺栓孔的直径),mm;

Lmin——螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度,mm,设计时应使Lmin

d0;

[σ]p——螺栓或孔壁资料的许用挤压应力,MPa;

[τ]——螺栓资料的许用切应力,MPa.

接受工作剪力的紧螺栓联接

有效应力集中系数

资料的

400

600

800

1000

尺寸系数 

回顶部

直径d(mm)

16

20

24

28

32

40

48

56

64

72

80

1

联接接合面资料的许用挤压应力

材料

铸铁

混凝土

砖(水泥浆缝)

木材

螺栓的性能品级(摘自GB3098.1--82)

性能品级(标识表记标帜)

抗拉强度极限

330

420

500

520

900

1040

1220

屈服极限

190

240

340

300

480

640

720

940

1100

硬度

90

109

113

134

140

181

232

269

312

365

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