螺栓强度计算docWord文件下载.docx

螺栓强度计算docWord文件下载.docx

《螺栓强度计算docWord文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《螺栓强度计算docWord文件下载.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

　　松螺栓连接装配时不需要把螺母拧紧，在承受工作载荷前，除有关零件的自重（自重一般很小，强度计算时可略去。

）外，连接并不受力。

图15.3所示吊钩尾部的连接是其应用实例。

当螺栓承受轴向工作载荷F（N）时，其强度条件为

（15-6）

或

（15-7）

式中：

d1——螺纹小径，mm；

[σ]——松连接螺栓的许用拉应力，Mpa。

见表15.6。

图15.3

2.受拉紧螺栓连接的强度计算

　　根据所受拉力不同，紧螺栓连接可分为只受预紧力、受预紧力和静工作拉力及受预紧力和变工作拉力三类。

①只受预紧力的紧螺栓连接　　

　　右图为靠摩擦传递横向力F的受拉螺栓连接，拧紧螺母后，这时螺栓杆除受预紧力F`引起的拉应力σ=4F`/πd12外，还受到螺纹力矩T1引起的扭转切应力：

　　对于M10～M68的普通螺纹，取d1、d2和λ的平均值，并取φV=arctan0.15，得τ≈0.5σ。

由于螺栓材料是塑性材料，按照第四强度理论，当量应力σe为

（15-8）

故螺栓螺纹部分的强度条件为：

（15-9）

或

（15-10）

　　式中[σ]为静载紧连接螺栓的许用拉应力，其值由表15.6查得。

②受预紧力和工作载荷的紧螺栓连接。

　　图15.5所示压力容器的螺栓连接是受预紧力和轴向工作载荷的典型实例。

这种连接拧紧后螺栓受预紧力F`，工作时还受到工作载荷F。

一般情况下，螺栓的总拉力F0并不等于F与F`之和。

现分析如下：

图15.5

图15.6

　　螺栓和被连接件受载前后的情况见图15.6。

图a为螺母刚好拧到与被连接件接触，此时螺栓与被连接件均未受力，因而也不产生变形。

图b为螺母已拧紧，但尚未承受工作拉力的情况，这时，螺栓受预紧力F`的作用。

以c1和c2分别表示螺栓和被连接件的刚度，在预紧力F`的作用下，螺栓产生伸长变形δ1=F`/c1，被连接件产生压缩变形δ2=F`/c2。

图c为螺栓受工作拉力F后的情况。

这时，螺栓拉力增大到F0，拉力增量为F0-F`，伸长增量为△δ1；

而被连接件随之部分放松，其受压力减小到F"

（称之为剩余预紧力），压缩减量为△δ2。

根据螺栓的静力平衡条件得

F0=F"

+F　　　　　（15-11）

图15.7

　　即螺栓所受的总拉力F0应等于剩余预紧力F"

与工作拉力F之和。

如图15.7所示，图a为螺栓和被连接的受力和变形关系图，将两关系图合并得图b。

图c为螺栓受工作载荷时的情况，根据螺栓与被连接件变形协调条件有△δ1=△δ2，

以和代入得

　　　　　　　　　　　　　　　　　F"

=F`-Fc2/（c1+c2）　　　　　　　　　　　　（15-12）

　F`=F"

+Fc2/（c1+c2）　　　　　　　　　　　　（15-13）

　F0=F`+Fc1/（c1+c2）　　　　　　　　　　　　（15-14）

　　式中c1/（c1+c2）称为螺栓的相对刚度系数。

螺栓的相对刚度系数的大小与螺栓及被连接件的材料、尺寸和结构有关，其值在0～1之间变化，一般可按表15.3选取。

表15.3螺栓的相对刚度系数

　　紧螺栓连接应能保证被连接件的接合面不出现缝隙（图15.6d为螺栓工作载荷过大，连接出现缝隙的情况，这是不容许的。

），因此剩余预紧力F"

应大于零。

当工作载荷F没有变化时，可取F"

=（0.2~0.6）F，当F有变化时，F"

＝（0.6～1.0）F；

对于有紧密性要求的连接（如压力容器的螺栓连接），F"

＝（1.5～1.8）F。

设计时，通常在求出F后，即可根据连接的工作要求选择F"

，然后由式（15-11）求F0以计算螺栓的强度。

　　连接应该是在受工作载荷前拧紧的，螺纹力矩为F`tan（λ+ρ`）d2/2；

但考虑到出现特殊情况时可能在工作载荷下补充拧紧，则螺纹力矩为F0tan（λ+ρ`）d2/2,相应的螺栓切应力τ和拉应力σ分别为

σ=4F0/（πd21）

　　因此，为安全起见，参照式（15-9）的推导，得螺纹部分的强度条件为σ=5.2F0/（πd21）≤[σ]　　　　　　（15-15）

　　式（15-15）用于静载荷计算。

静载时的许用应力见表15.6。

由式（15.14）和图15.8可知，当工作载荷在0与F之间变化时，螺栓的拉力在F`与F0之间变化，螺栓的拉力变幅为：

　　由于变载零件的疲劳强度应力幅是主要因素，故应满足强度条件

（15.16）

式中σa--螺栓变载时的应力幅；

　　[σa]--螺栓变载时的许用应力幅，见表15.6。

4.螺栓的材料和许用应力

　　螺栓的常用材料为Q215、Q235、10、35和45钢，重要和特殊用途的螺纹连接件可采用15Cr、40Cr、30CrMnSi等力学性能较高的合金钢。

国家标准规定螺纹连接件按其力学性能进行分级（见表15.4）。

表15.5列出了螺纹连接件常用材料的抗拉伸力学性能。

螺纹连接的许用应力及安全系数见表15.6和表15.7。

15.2螺纹连接设计

15.2.2螺栓组连接的受力分析

　　螺栓连接多为成组使用，设计时，常根据被连接件的结构和连接的载荷来确定连接的传力方式、螺栓的数目和布置。

　　螺栓组连接受力分析的任务是求出连接中各螺栓受力的大小，特别是其中受力最大的螺栓及其载荷。

分析时，通常做以下假设：

①被连接件为刚性；

②各螺栓的拉伸刚度或剪切刚度（即各螺栓的材料、直径和长度）及预紧力都相同；

③螺栓的应变没有超出弹性范围。

　　下面介绍几种典型螺栓组受力分析的方法。

1.受轴向力Fz的螺栓组连接图15.5所示为气缸盖螺栓组连接，其载荷通过螺栓组形心，因此各螺栓分担的工作载荷F相等。

设螺栓数目为z，则

F=Fz/z

（15-19）

此外螺栓还受预紧力，其总拉力的求法见本章第15.2.1节。

例题一钢制液压油缸，油压p＝1.6MPa，D＝160mm，试确定其上盖的螺栓公称直径d（图15.5）。

解：

⑴决定螺栓工作载荷F：

暂取螺栓数z＝8，则每个螺栓承受的平均工作载荷F为

F==4.02KN

⑵决定螺栓总拉伸载荷F0：

根据前面所述，对于压力容器取残余预紧力=1.8F，则由式（15-11）可得

F0＝F＋1.8F＝2.8×

4.02＝11.3KN

⑶求螺栓直径：

选取螺栓材料为45钢，σs＝360MPa，（表15.5），装配时不要求严格控制预紧力，则螺栓的许用拉应力与其公称直径有关，故采用试算法。

假定螺栓公称直径d＝16mm，则由表15.6取S＝3，可求得螺栓得许用拉应力为[σ]=σs/s=360/3=120MPa

由式（15-15）得螺纹的小径为

d1=12.48mm

　　由手册查得，普通粗牙螺栓公称直径d=16mm时，d1=13.835mm，合适