螺栓组受力分析与计算..

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螺栓组受力分析与计算

螺栓组受力分析与计算

一.螺栓组联接的设计

设计步骤:

1.螺栓组结构设计

2.螺栓受力分析

3.确定螺栓直径

4.校核螺栓组联接接合面的工作能力

5.校核螺栓所需的预紧力是否合适

确定螺栓的公称直径后,螺栓的类型,长度,精度以及相应的螺母,垫圈等结构尺寸,可根据底板的厚度,螺栓在立柱上的固定方法及防松装置等全面考虑后定出。

H1.螺栓组联接的结构设计

螺栓组联接结构设计的主要目的,在于合理地确定联接接合面的几何形状和螺栓的布置形式,力求各螺栓和联接接合面间受力均匀,便于加工和装配。为此,设计时应综合考虑以下几方面的问题:

1)联接接合面的几何形状通常都设计成轴对称的简单几何形状,如圆形,环形,矩形,框形, 三角形等。这样不但便于加工制造,而且便于对称布置螺栓,使螺栓组的对称中心和联接接合面的形心重合,从而保证接合面受力比较均匀。

2)螺栓的布置应使各螺栓的受力合理。对于铰制孔用螺栓联接,不要在平行于工作载荷的方

向上成排地布置八个以上的螺栓,以免载荷分布过于不均。当螺栓联接承受弯矩或转矩时,应使螺栓的位置适当靠近联接接合面的边缘,以减小螺栓的受力(下图)。如果同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时,应采用销,套筒,键等抗剪零件来承受横向载荷,以减小螺栓的预紧力及其结构尺寸。

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接合面受弯矩或转矩时螺栓的布置

3)螺栓排列应有合理的间距,边距。布置螺栓时,各螺栓轴线间以及螺栓轴线和机体壁间的最小距离,应根据扳手所需活动空间的大小来决定。扳手空间的尺寸(下图)可查阅有关标准。对于压力容器等紧密性要求较高的重要联接,螺栓的间距to不得大于下表所推

荐的数值。

扳手空间尺寸

螺栓间距t o

注:表中d为螺纹公称直径。

4)分布在同一圆周上的螺栓数目,应取成4, 6, 8等偶数,以便在圆周上钻孔时的分度和画线。同一螺栓组中螺栓的材料,直径和长度均应相同。

5)避免螺栓承受附加的弯曲载荷。除了要在结构上设法保证载荷不偏心外,还应在工艺上保证被联接件,螺母和螺栓头部的支承面平整,并与螺栓轴线相垂直。对于在铸,锻件等的粗糙表面上应安装螺栓时,应制成凸台或沉头座(下图1)。当支承面为倾斜表面时,应采用斜面垫圈(下图2)等。

卜卜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,求出受力最大的螺

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,假设所有螺栓的材料,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保持为 平面。下面针对几种典型的受载情况,分别加以讨论。

1) •受横向载荷的螺栓组联

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。当采用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产生的摩擦力来抵抗横向载荷;当采用铰制孔用螺栓联接时(图 b ),靠螺栓杆受剪切和挤压来抵抗横向载荷。 虽然两者的传力方式不同,但计算时可近 似地认为,在横向总载荷 巳的作用下,各螺栓所承担的工作载荷是均等的。因此,对 于铰制孔用螺栓联接,每个螺栓所受的横向工作剪力为

z (5-23)

式中z 为螺栓联接数目

图1凸台与沉头座的应用

的应用

图2斜面垫圈

对于普通螺栓联接,应保证联接预紧后,接合面间所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷。

假设各螺栓所需要的预紧力均为Q,螺栓数目为z,则其平衡条件为

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 );

K s――防滑系数,K s=i.i〜1.3

由式(5-24)求得预紧力Q,然后按式(5-14 )校核螺栓的强度。

被联接件接合面的表面状态摩擦系数f

干燥的加工表面0. 10-0.16 钢或铸铁零件

有油的加工表面0. 06-0. 10

轧制表面,钢丝刷清理浮锈0. 30-0 . 35 钢结构

涂富锌漆0. 35-0 . 40 」

喷砂处理0. 45-0 . 55

钢铁对砖料,混凝土或木材干燥表面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0并与接合面相垂直的轴线转动。为了防止底板转动,可以采用普通螺栓联接,也可以采用铰制孔用螺栓联接。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

采用普通螺栓时,靠联接领紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩T。假设各螺栓的预紧程度相同,即各螺栓的预紧力均为Qp,则各螺栓联接处产生的摩擦力均相等,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

fQ药 TQk…

由上式可得各螺栓所需的预紧力为

K3 _ K J

+r2+-- + rj /

寸右i=i

【5— 25】

式中: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0的距离;

z ――螺栓数目;

Ks ――防滑系数,同前由上式求得预紧力Q,然后按式(5—14)校核螺栓的强度。

采用铰制孔用螺栓时,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大小,计算时假定底板为刚体,受载后接合面仍保持为平面。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0的距离成正比。即距螺栓组对称中心0越远,螺栓的剪切变形量越大。如果各螺栓的剪切刚度相同,则螺

栓的剪切变形量越大时,其所受的工作剪力也越大。如图b所示,用r i、r max分别表示第i个螺栓和受力最大螺栓的轴线到螺栓组对称中心0的距离;F i、F max。分别表示第i个螺栓和受力最大螺栓的工作剪力,则得

F 亠

max

F

max

根据作用在底板上的力矩平衡的条件得

耳叶+耳与+・—+ Fm二T

即联解式(5 —26)及(5—27),可求得受力最大的螺栓的工作剪力为【5 —26】

【5 —27】

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