第6章螺纹连接与螺旋传动讲述资料.ppt

6.4单个螺栓连接的强度计算 螺栓连接的受载形式很多, 但对单个螺栓(包括双头螺柱和螺钉)来说主要有两类: 一为外载荷沿螺栓轴线方向, 称为轴向载荷； 二为外载荷垂直于螺栓轴线方向, 称为横向载荷。 当传递轴向载荷时, 螺栓受轴向拉力, 称为受拉螺栓。 螺栓连接可分为不预紧的松连接和有预紧的紧连接。 当传递横向载荷时, 一种是普通螺栓连接, 靠预紧力在被连接件间产生的摩擦力传递横向载荷, 螺栓仍受轴向拉力； 另一种是铰制孔螺栓连接, 工作时螺杆受剪, 杆壁和孔壁互相挤压来传递载荷, 称为受剪螺栓。 大多数情况下, 螺栓连接都是成组使用的, 在进行螺栓组连接强度计算时, 一般先根据连接的工作情况, 找出受力最大的螺栓和它的工作载荷, 然后计算这个螺栓的直径。 而其他受力较小的螺栓也都采用与其相同的尺寸。 所以, 单个螺栓连接强度计算是螺栓组强度计算的基础。 大多数情况下螺栓的尺寸都是按经验、 规范来确定的。 对于重要的螺栓连接, 如发动机中的连杆螺栓、 汽缸上受载的双头螺柱、 高温高压容器盖的连接螺栓、 重载法兰连接螺栓等, 则必须进行强度计算。 螺栓的强度计算主要是确定螺纹的小径d1, 然后按标准选取螺纹的公称直径d等尺寸。 6.4.1、受拉螺栓连接 1、松螺栓联接 ?? 这种联接在承受工作载荷以前螺栓不旋紧，即不受力。如图6-10所示的起重吊钩尾部的松螺栓联接。 图 6-10 设螺栓所受的最大轴向载荷为F, 则强度条件为 式中, d1为螺栓小径, 单位为mm； ［σ］为松螺纹连接许用应力, 单位为MPa。 2、紧螺栓连接 （1）只受预紧力的紧螺栓连接 紧螺栓连接在承受工作载荷之前必须预紧, 因此, 螺栓一方面受拉, 另一方面因螺纹副中摩擦阻力矩的作用而受扭, 故在危险截面上既有拉应力, 又有受扭矩而产生的切应力。 螺栓常用塑性材料, 根据第四强度理论, 其螺栓部分的强度仍按拉伸强度公式计算, 考虑到扭转切应力的影响, 把螺栓所受的轴向拉应力增加30%, 即变为1.3倍, 因此, 螺栓的强度条件和设计计算公式可简化为 （2）. 受横向外载荷的紧螺栓连接 1) 受力分析 如图6-11所示的普通螺栓连接, 被连接件承受垂直于轴线的横向载荷FR。 因螺栓杆与螺栓孔间有间隙, 故螺栓不直接承受横向载荷FR, 而是预先拧紧螺栓, 使被连接零件表面间产生压力F0, 从而使被连接件接合面间产生的摩擦力来承受横向载荷。 图6-11 普通螺栓连接 受横向载荷的紧螺栓连接预紧后 摩擦 面数m=1 摩擦 面数m=2 图 6-12 摩擦 面数m=1 摩擦 面数m=2 受横向载荷的紧螺栓连接加载后 图 6-13 若摩擦力之总和大于或等于横向载荷FR, 则被连接件间不会相互滑移, 故可达到连接的目的。 因此, 每个连接作用于被连接件间的压力即预紧力F0, 其大小可由下式算出: ? 式中, FR为横向外载； F0为每个螺栓的预紧力； f为被连接件表面的摩擦系数, 见表6-2； z为螺栓连接的个数； m为接合面数(图6-11中, m=2)； Kf为过载系数, 通常取 Kf=1.2。 表6-2 连接接合面间的摩擦系数 f （3）、受轴向载荷的紧螺栓连接 1) 受力分析 图6 - 14所示的气缸盖螺栓连接, 即承受轴向外载荷的紧螺栓连接， 其受力分析见图6 - 15。 未拧紧时, 螺栓与被连接件皆不受力。 拧紧后, 螺栓受预紧力F0, 而被连接件则受预紧压力F0的作用, 且产生压缩变形δ1。 图 6-14 当如图6 - 14所示的气缸内通入气体后, 螺栓又受到轴向外载荷F的作用, 由于螺栓中总拉力由F0增至FΣ, 螺栓比预紧状态时增加伸长变形δ2, 被连接件则要回弹变形δ2。 由于被连接件压缩变形量减小, 故其所受压力将减小, 不是原来的预紧力F0了, 而变成减小后的剩余预紧力F′0, 由此可知, 螺栓受轴向载荷F后, 螺栓所受的总拉力FΣ为工作拉力F与剩余预紧力F′0之和, 即 FΣ=F+F0 剩余预紧力F′0的值可参照表6-3选取。 图 6 - 15 螺栓与被连接件的受力与变形 表6-3 剩余预紧力F′0的取值范围 螺栓杆的剪切强度条件及螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为： 式中：F-----单个螺栓承受的横向载荷(N)； d0------螺栓杆的直径(mm)； m-----螺栓受剪切面的个数； [τ]-----螺栓的许用剪应力(MPa)； δmin--