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
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】