9-第9章-螺纹连接

减 载 结 构 结构中，螺栓不承受横向工作载荷！
？
在什么情况下螺栓受预紧力及工作拉力？ 螺栓的总拉力 F2 =
？
四、受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接强度计算
一) 螺栓的总拉力 F2
F
FΣ
例：气缸简图 F0 F0
螺栓所受总拉力
F2 = F0 + F
?
F
准备 λb λm F0
预紧 Δλ2
加载 F
变形协调条件：
螺栓组受的外载荷
轴向载荷
倾 覆 力 矩
横向载荷
转矩
1、受横向载荷的螺栓组联接 1）采用铰制孔螺栓联接 2）采用普通螺栓联接 2、受转矩的螺栓组联接 1）采用铰制孔螺栓联接 2）采用普通螺栓联接 3、受轴向载荷的螺栓组联接—用普通螺栓 4、受倾覆力矩的螺栓组联接—用普通螺栓
1、受横向载荷的螺栓组联接 1）采用铰制孔螺栓联接
σ< [σ] ?
Fmax ?
承受横向载荷 承受转矩 承受轴向载荷 承受倾覆力矩
失效分析→设计准则→设计计算→主要几何尺寸 强度计算 松螺栓联接 ：仅受工作拉力 紧螺栓联接 仅受预紧力 预紧力和工作拉力 承受工作剪力
二、松螺栓联接强度计算
F
吊 钩
螺栓的总载荷： 轴向工作载荷: F 强度条件：(计算直径d1）
内六角紧定螺钉 开槽紧定螺钉 圆柱端紧定螺钉 圆锥端紧定螺钉
螺母 垫圈
六角螺母 圆螺母 蝶型螺母
设计时，应尽可能选用标准件 !!!
四、螺纹联接的预紧与放松 为什么很多螺纹联 接在装配时都拧紧？
松螺栓 联接 增加联接的刚度、密封性 预紧目的： 和可靠度，提高防松能力。 紧螺栓 联接 预紧力F0： 预紧力的大小 预紧力的控制 螺纹联接
§1 螺纹联接基本知识（
一、螺纹
螺纹: 作用？类型？
§1 - §2 自学)
主要参数？
？
公制螺纹α=60°
联接螺纹 螺 纹
（自锁）
（三角形牙） 英制螺纹α=55° 矩形螺纹 梯形螺纹 锯齿形螺纹
普通螺纹 米制锥螺纹 圆柱管螺纹 圆锥管螺纹
传动螺纹
（效率）
二、螺纹联接形式
？
螺 纹 联 接 形 式
螺纹联接 ：类型？标准件？ 应用？
i =1
螺栓组受力分析
2）铰制孔螺栓 —— 3、受轴向载荷螺栓组 —————
Fmax =
Trmax
i =1
∑ ri
z2Βιβλιοθήκη F=F∑ zML max
i =1 z 2
4、受倾覆力矩螺栓组 —————
Fmax =
∑ Li
一般受力分析：
FV F FH 螺栓受力： 预紧力＋轴向工作载荷 M FV FH 预紧力: FH FV + M
θm λm Om
变形
Cm F1 = F 0 − F Cb + C m
（影响密封性）
F1 F2
（影响强度）
F
ΔF
要点：
1、螺栓力－变形线图： 2、重要公式：
F2 = F1 + F
F2 = F0 + Cb F Cb + Cm
F1 = F0 − Cm F Cb + C m
力
F
F0 Ob θb λb Δλ θm λm 变形
之间关系
力
ΔF F0 F1 F2 F
λ b = tgθ b = C b
λ m = tgθ m = C m
Ob
θb λb
Δλ
θm λm
Om 变形
Cb Cb + C m
θm λm Om
∆F = ∆λtgθ b = ∆λCb
F − ∆F = ∆λtgθ m = ∆λCm
Cb ∆F = F Cb + C m
F0 ≥
f zi
2、受转矩的螺栓组联接
1）采用普通螺栓联接 承载机理：接合面间的摩 擦力承载。 保证条件：接合面不滑移。
z i =1
实例：凸缘联轴器
fF0 r1 + fF0 r2 + + fF0 rz = fF0 ∑ ri ≥ K sT
Z : 螺栓个数, f :摩擦系数， Ks ：防滑系数 Ks =1.1～1.3
§2 螺栓组联接的设计
一、螺栓组结构设计
设计原则： 1、接合面的几何形状：
*力求简单：圆形、方形、 矩形、三角形等。
2、螺栓受力合理
*靠边布置，减小螺栓受力
不合理 合理
螺栓受弯矩或扭矩时螺栓的布置
3、螺栓排列的间距、边距合理
*螺栓间距 t0 ——查表5-4 （表11-9）
*合理的扳手空间:
4、同组螺栓材料、直径、长度应相同
*在同一圆周上螺栓个数 z 取偶数。
5、避免附加弯曲应力
螺纹联接设计
螺栓组
结构设计 受力分析
σ< [σ] ?
Fmax ?
承受横向载荷 承受转矩 承受轴向载荷 承受倾覆力矩
失效分析→设计准则→设计计算→主要几何尺寸 松螺栓联接 强度计算 紧螺栓联接 仅受预紧力 预紧力和工作拉力 承受工作剪力
二、螺栓组联接的受力分析
σ= F π 2 d1 4 ≤ [σ]
--校核式
或
4F d1 ≥ π[σ]
--设计式 螺纹参数表
F=W
三、仅受预紧力的紧螺栓联接强度计算
F0 σ σ = F0 2 πd1 4 τ T1 = F0 tg (ψ + ϕ v ) d 2 τ 2 F T T τ = 1 = 3 1 ≈ 0.5 20 = 0.5σ σ Wp πd1 16 πd1 4 F
?
在什么情况下螺栓只受预紧力？
F0 F0 F0 F0
间隙！
T1 F
由第四强度理论:
T1
σ ca = σ 2 + 3τ 2 = σ 2 + 3(0.5σ ) 2 ≈ 1.3 σ
σ ca
1.3F0 = ≤ [σ ] 2 πd1 4
d1 ≥ 4 × 1.3F0 π [σ ]
螺纹参数表
要 点
1.普通螺栓联接承受横向载荷，螺栓只受预紧力，靠摩擦 力承受横向载荷； 计算：d1、1.3 2.为保证联接的可靠性， 应使 fF0≥F ，至使结构尺寸 增加，故常采用减载结构。
f F0
fF
0
即：
T
ri
fF
0
fF
0
K sT K sT = z F0 ≥ f (r1 + r2 + + rz ) f ∑ r i
i =1
2）采用铰制孔螺栓
承载机理：螺杆受挤和剪承受T 力平衡条件：
ri
Fi
F max
T
F1r1 + F2 r2 + + Fz rz = T
即
Fmax Fi = ∵剪切力与剪切变形成正比，并与 r 成正比. ∴ rmax ri ri 即 F =F …….② i max
承载机理：螺杆挤压和受剪 FΣ 承载。
FΣ F =
FΣ FΣ
z
FΣ
Z : 螺栓个数。
2）采用普通螺栓联接
承载机理：接合面间的摩擦力承载。 保证条件：接合面不滑移。 Z : 螺栓个数,f :摩擦系数， f F0 z i ≥ K s F i : 接合面数， ∑ Ks ：防滑系数 Ks =1.1～1.3 K s F∑ 即: F0 : 预紧力
力矩平衡：
M = ∑F i Li
i =1 z
右侧
C2 A B2 F0
左侧 B1 F C1 F1 变形 Om F2
力 F1m
……① Ob
Fi Fmax = ∵力与变形成正比，并与螺栓到翻转中心距离成正比，∴ Li Lmax 即 Li Fi = Fmax …… ② Lmax 螺栓的布置应
F2m
Fm
联解 ①②
式中：Cb:螺栓刚度 Cb:被联接件刚度
：螺栓的相对刚度
ΔF 代入：
F2＝F0+ΔF
F2 = F0 + Cb F Cb + C m
力
F0=F1＋(F-ΔF)
Cb F0 = F1 + 1 − Cb + C m Cm F = F1 + Cb + C m F Ob
F0
θb λb Δλ
防松：
目的：防止螺栓和螺母间的相对 转动。 方法：
螺纹联接设计
螺纹联接设计
螺栓组 设计 结构设计 受力分析
螺栓成组使用 Fmax ? 承受横向载荷 承受转矩 承受轴向载荷 承受倾覆力矩 σ< [σ] ?
失效分析→设计准则→设计计算→主要几何尺寸 松螺栓联接 强度计算 紧螺栓联接 仅受预紧力 预紧力和工作拉力 承受工作剪力
F0
σ max − σ min Cb 2F = ⋅ 2 2 C b + C m πd1
' max
σ 2σ −1tc + (Kσ −ψ σ )σ min = ≥S 或 S ca = σ max (Kσ +ψ σ )(2σ a + σ min )
σa ≤[σa]
讨论：
1、 F1 对联接的影响 ？ －－ 密封性！ F2 对联接的影响 ？ －－ 螺栓强度！ 2、 对F1、 F2的影响因素： Cm 被联接件刚度 Cb 螺栓刚度
A：接合面有效面积， W ：接合面有效抗弯截面系数 z ：螺栓个数
小结：
1、受横向载荷螺栓组
F 1）铰制孔螺栓 — F = Σ z K s F∑ 2）普通螺栓 —— F0 ≥ fzi
2、受转矩 螺栓组
K sT K sT ≥ = F z 1）普通螺栓 — 0 f (r + r + + r ) z 1 2 f ∑ ri