机械设计 螺纹连接详解.ppt

例1. 厚度δ=12mm的钢板用4个螺栓固连在厚度δ1=30mm的铸铁支架上，螺栓的布置有例图(a)、(b)所示的两种方案。 已知螺栓材料为Q235，[σ]=95MPa，[τ]=96 MPa，钢板[σ] P=320 MPa，铸铁 [σ] pl=180MPa，接合面间摩擦系数f=0.15， 可靠性系数Ks=1.2，载荷FΣ=12000N， 尺寸L=400mm，a=100mm。 (1)试比较哪种螺栓布置方案合理， (2)按照螺栓布置合理方案，分别确定采用普通螺栓连接和铰制孔用螺栓连接时的螺栓直径。 [解] 1．螺栓组连接受力分析 (1)将载荷F向螺栓组连接的接合面形心点O简化，得一横向载荷FΣ =12000N和一旋转力矩T=F·L=12000×0.4=4800N·m，如图1.2所示。 (2)确定各个螺栓所受的横向载荷。在横向力FΣ作用下，各个螺栓所受的横向载荷FS1大小相同，方向同FΣ 。 而在旋转力矩T作用下，由于各个螺栓中心至形心点O的距离相等，所以各个螺栓所受的横向载荷FS2大小也相同，但方向各垂直于螺栓中心与形心O的连线。 由图1．3(b)可知，螺栓1所受横向载荷最大，则 (3) 两种方案比较：在螺栓布置方案(a)中．受力最大的螺栓1所受的总横向载荷 F Smax=10 820N 而在螺栓布置方案(b)中，受力最大的螺栓1所受的总横向载荷 F Smax=15 000N 方案(a)比较合理。 2.按螺栓布置方案(a)确定螺栓直径 (1)采用铰制孔用螺栓连接 ①因为铰制孔用螺栓连接 是靠螺栓光杆受剪切和配 合面间受挤压传递横向载 荷，因此按剪切强度设计 螺栓光杆部分直径ds。 查GB／T 27---1988， 取M12 X 60(ds =13mm 11．98mm)。 ②校核配合面挤压强度。如例图1．4所示配合面尺寸，螺栓光杆与钢板孔间 螺栓光杆与铸铁支架孔间 故配合面挤压强度足够。 (2) 采用普通螺栓连接 求螺栓所需的预紧力f’ 由 f F’=KSFS 得 根据强度条件式，可得螺栓小径d1，即 查GB 196--1981，取M45(d1=40.129mm38.84mm)。 本章小结 1.螺纹的类型、特点及应用场合； 2.螺旋副的受力及自锁条件； 3.螺纹连接的类型、特点及应用场合； 4.螺纹连接的预紧与放松； 5.螺栓连接的失效形式与计算准则； 6.单个螺栓的强度计算； 7.螺栓组连接的结构设计； 8.螺栓组连接的受力分析； 9.提高螺栓连接强度的措施。 图1.3 对于方案(a)，各螺栓中心至形心点O的距离为 由图2. 3(a)可知，螺栓1和2所受两力夹角最小，故螺栓1和2 所受横向载荷最大，即 对于方案(b)，各螺栓中心至形心点O的距离为 图1.4 五、采用合理制造工艺 冷镦头部、滚压螺纹 （比车削）疲劳强度提高30% 表面处理： 氰化、氮化也能提高疲劳强度。 作业：11-1，11-2，11-3，11-4，11-5 2、紧螺栓连接 （装配时须要拧紧，在工作状态下可能还需要补充拧紧。） 1)只受预紧力作用的紧螺栓连接 （受横向载荷FR 作用的受拉普通螺栓是只受预紧力的紧螺栓连接的例子） d d0 FR FR F F 螺栓与孔之间有间隙，工作时预紧力F′导致接合面所产生的摩擦力应大于横向载荷FR。 预紧力F′ ——可靠性系数，常取 =1.1~1.3 m ——结合面数，图示m=1 f ——摩擦系数，对钢与铸铁，取: f =0.1~0.15 若取 f =0.15， =1.2, m=1, 则： ?结构尺寸大，但由于结构简单，装配方便，仍广泛使用。 这种靠摩擦传递横向载荷的受拉螺栓连接，在冲击、振动载荷作用下工作不够可靠，且所需的螺栓直径较大，改进措施如下： 1. 采用键、套筒、销承担横向工作载荷。螺栓仅起连接作用 2. 采用无间隙的铰制孔螺栓。 F F/2 F/2 螺栓受预紧力F′和摩擦力矩 的双重作用。 拉应力： 强度计算 d d0 FR FR F F 切应力： 分母为抗剪截面系数 对于M10~M68的普通螺纹，取d1、d2和ψ的平均值， 并取： tanρV = f V =0.15 得： τ ≈ 0.5 σ 当