螺纹连接习题解答讲解.docx
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螺纹连接习题解答讲解.docx
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螺纹连接习题解答讲解
螺纹连接习题解答(讲解)
螺纹连接习题解答
11—1一牵曳钩用2个M10的普通螺钉固定于机体上,如图所示。
已知接合面间的摩擦系数f=0.15,螺栓材料为Q235强度级别为4.6级,装配时控制预紧力,试求螺栓组连接允许的最大牵引力。
解题分析:
本题是螺栓组受横向载荷作用的典型例子.它是靠普通螺栓拧紧后在接合面间产生的摩擦力来传递横向外载荷Fr。
解题时,要先求出螺栓组所受的预紧力,然后,以连接的接合面不滑移作为计算准则,根据接合面的静力平衡条件反推出外载荷Fr。
解题要点:
(1)求预紧力F':
由螺栓强度级别4.6级知cs=240MPa查教材表11—5
(a),取S=1.35,则许用拉应力:
[d=cs/S=240/1.35MPa=178MPa,查(GB196—86)M10螺纹小径d1=8.376mm
2
由教材式(11—13):
1.3F'/(nd1/4)<[c]MPa得:
F=[c]nd12/(4X1.3)=178XnX8.3762/5.2N
=7535N
(2)求牵引力Fr:
由式(11—25)得Fr=F‘fzm/心=7535x0.15x2x
1/1.2N=1883.8N(取Kf=1.2)
11—2一刚性凸缘联轴器用6个M10的铰制孔用
螺栓(螺栓GB27—88)连接,结构尺寸如图所示。
两半联轴器材料为HT200,螺栓材料为Q235性能等级5.6级。
试求:
(1)该螺栓组连接允许传递的最大转矩Tnaxo
(2厂若传递的最大转矩…「Tmax不变,改用普通螺栓连接;…试计算螺栓直径,并确定其公称长度,写出螺栓标记。
(设两半联轴器间的摩擦系数f=0.16,可靠性系数Kf=1.2)o
解题要点:
(1)计算螺栓组连接允许传递的最大
转矩Tmax:
该铰制孔用精制螺栓连接所能传递
转矩大小受螺栓剪切强度和配合面
挤压强度的制约。
因此,可先按螺栓剪切强度来计算Tmax,然后较核配合面挤压强度。
也可按螺栓剪切强度和配合面挤压强度分别求出
Tmax,取其值小者。
本解按第一种方法计算
1)确定铰制孔用螺栓许用应力
由螺栓材料Q235、性能等级5.6级知:
b500MPa、s300MPa被连接件材料HT200
b200MPa
(a)确定许用剪应力
查表11—6,螺栓材料为Q235受剪切时s=2.5,贝U螺栓材料[t]=s/S=300/2.5MPa=120MPa
(b)确定许用挤压应力
查表11—6,螺栓材料为Q235受挤压Spi=1.25
螺栓材料[訂=s/s=300/1.25MPa=240Mpa被连接件材料为HT200(b=200MPa)受挤压时Sp2=2〜2.5被连接件材料
[p』b/S200/(2〜2.5)MPa=8(〜100MPa
[P1]>[P2]•••取
[p]=[p2】=80MPa
2)按剪切强度计算Tmax
由式(11—23)知t=2T/(ZDmnd0/4)<
[t]
(查GB27—88得M10的铰制孔用螺栓光杆直径d°=11mm)
故Tmax3Dmd2【]/43X340X1XnX112X120/4N•mm=11632060.96N?
mm
3)校核螺栓与孔壁配合面间的挤压强度
从式(11—22)pFs/(doh)可得
式中,hmin为配合面最小接触高度,根据题11—2图结构
h=hmin=(60—35)mm=25mm;
故该螺栓组连接允许传递的最大转矩
Tmax=11632060.96N•mm
(2)改为普通螺栓连接,计算螺栓小径di:
(a)计算螺栓所需的预紧力F‘
zfFm2KfTmax/D
按接合面见不发生相对滑移的条件,则有(Z=6
m=1)
85529.86N
得S=2〜1.3
lKfTmax1.211632060.96K1
FN
3fD30.16340
(b)计算螺栓小径d1
设螺栓直径d>30mm查表11-5(a)
则[]=s/S=300/(2〜1.3)MPa=15A230.77MP取[a]=150MPa
查GB196—81,取M36螺栓(d1=31.670mm>
30.721mm)
(c)确定普通螺栓公称长度I(l=2b+m+s+(0.2〜
0.3d)
根据题11-2结构图可知,半联轴器凸缘(螺栓连接处)
厚度b=35mm查GB6170—86,得:
螺母GB6170—86
M36,螺母高度mmax=31mm查GB93-87,得:
弹簧垫圈36GB93—87,弹簧垫圈厚度s=9mm
贝U1=2X35+31+9+(0.2〜0.2)X36mm=117.2〜
120.8mm,取1=120mm(按GB5782—86I系列10进位)
故螺栓标记:
GB5782-86M36X120
11—3一钢结构托架由两块边板和一块承重板焊
成的,两块边板各用四个螺栓与立柱相连接,其结构尺寸
20kN,载荷有较大的
如图所示。
托架所受的最大载荷为
变动。
试问:
(1)此螺栓连接采用普通螺栓连接还是铰制孔用螺栓连接为宜?
(2)如采用铰制孔用螺栓连
接,螺栓的直径应为多大?
解题要点:
(1)采用铰制孔用螺栓连接较为合宜。
因为如用普通螺栓连接,为了防止边板下滑,就需在拧紧螺母时施加相当大的预紧力,以保证接合面间有足够大的摩擦力。
这样就要
增大连接的结构尺寸
(2)确定螺栓直径
(a)螺栓组受力分析:
由题解11—3图可见,载荷作用在总体结构的对称平面内,因此每一边(块)钢板所受载荷:
P=20/2kN=10000,将载荷P向螺栓组连接的接合面形心简化,
则得
横向载荷(向下滑移):
P=10000N
旋转力矩(绕中心O)T=10000X300N•mm=3000000N?
mm
(b)计算受力最大螺栓的横向载荷Fs:
在横向载荷P作用下各螺栓受的横向载荷Fsp大小相
等,方向同P,即
Fsp1=Fsp2=Fsp3=Fsp4=P/4=10000/4N=2500N
在旋转力矩T作用下,各螺栓受的横向载荷Fst大小亦相等。
这是因为各螺栓中心至形心O点距离相等,方向各垂直于螺
栓中心与形心O点的连心线
由图可见,螺栓中心至形心O点距离为
r=\752752mm=106.1mm
FST1=FST2=FST3=FST4=T/(4「)
=3000000/(4X106.1)N=7071N
各螺栓上所受横向载荷Fsp和Fst的方向如图所示。
由图中可以看出螺栓1和螺栓2所受的两个力间夹角
a最小(a=45°),故螺栓1和螺栓2所受合力最大,
根据力的合成原理,所受总的横向载荷Fsmax为
FSmax=FS1=FS2=iFSp1FSt12FSP1FST1cos
N=9014N
(c)
确定铰制孔用螺栓直径:
T=s/S=240/2.5MP
s=240MPa查表11—6得S=2.5,[
=96MPa
根据教材式(11—23),得螺栓杆危险剖面直径为
d0>,FSmax/([])=「4—9014/(—96)
mm
=10.934mm
时,螺杆光杆部分直径d0=11mm,符合强度要求,故选M10(GB27-88)的铰制孔用螺栓。
11—4一方形盖板用四个螺栓与箱体连接,其结构尺
寸如图所示。
盖板中心0点的吊环受拉力Fq=20000N,设剩
余预紧力F〃=0.6F,F为螺栓所受的轴向工作载荷。
试求:
—
(1)螺栓所受的总拉力F。
,并计算确定螺栓直径(螺栓材料为45号钢,性能等级为6.8级)。
(2)如因制造误差,吊环由0点移到0’点,且00=5j^mm求受力最大螺栓所受的总拉力F。
,并校核
(1)中确定的螺栓的强度。
解题要点:
(1)吊环中心在0点时:
此螺栓的受力属于既受预紧力F’作用又受轴向工作载
荷F作用的情况。
根据题给条件,可求出螺栓的总拉力:
Fo=F〃+F=0.6F+F=1.6F
而轴向工作载荷F是由轴向载荷Fq引起的,故有:
题11—4图
F01.6F1.65000N8000N
螺栓材料45号钢、性能等级为6.8级时,
[]s/S=480/3MPa=160MPa,故
查GB196-81,取M12(d1=10.106mm>9.097mm)。
(2)吊环中心移至0’点时:
首先将载荷Fq向O点简化,得一轴向载荷Fq和一
翻转力矩M。
M使盖板有绕螺栓1和3中心连线翻转的趋势
MFQ?
OO200005i2N?
mm141421.4N?
mm
显然螺栓4受力最大,其轴向工作载荷为
5500N
FFqFFqm20000141421.4
4"42r42~~1002
F01.6F1.65500N8800N
故吊环中心偏移至O'点后,螺栓强度仍足够。
11—5有一气缸盖与缸体凸缘采用普通螺栓连接,女口
图所示。
已知气缸中的压力p在0~2MPa之间变化,气缸内径D=500mm,螺栓分布圆直径D°=650mm。
为保证气密性要求,剩余预紧力F〃=1.8F,螺栓间距t<4.5d(d
为螺栓的大径)。
螺栓材料的许用拉伸应力[a]=120MPa,许用应力幅[aa=20MPa。
选用铜皮石棉垫片螺栓相对刚度Ci/(C1+C2)=0.8,试设计此螺栓组连接。
解题要点:
(1)选螺栓数目Z:
因为螺栓分布圆直径较大,为保证
螺栓间间距不致过大,所以选用较多的螺栓,初取Z=240
(2)计算螺栓的轴向工作载荷F:
2)螺栓的最大轴向工作载荷F:
FQ3927105N16362.5N
24
题11-5图
(3)计算螺栓的总拉力Fo
FoFF1.8FF2.8F2.816362.5N45815N
(4)计算螺栓直径
d1
41.3F0
41345815mm25.139mm
120
查GB196—81,取M30(di=26.211mm>25.139mn)
(5)校核螺栓疲劳强度
ar?
笙0.8216362.5
aC1C2d12
26.2112MPa12・13MPa
20MPa
故螺栓满足疲劳强度要求。
(6)校核螺栓间距
实际螺栓间距为
650mm24
85.1mm4.5d4.530mm135mm
故螺栓间距满足联接的气密性要求。
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