《机械设计基础》教案 第24课 计算螺栓连接的强度.docx

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课题

计算螺栓连接的强度

课时

2课时（90min）

教学目标

知识技能目标：

（1）掌握螺栓连接的强度计算方法。

（2）了解螺纹连接件的常用材料和许用应力，以及提高螺栓连接强度的措施。

素质目标：

通过学习螺纹连接的预紧和防松，明白连接件虽然不起眼，但若存在安全问题，也会酿成大祸，从而树立质量安全意识，培养严谨、细致的工作态度。

教学重难点

教学重点：螺栓连接的强度计算方法，螺纹连接件的常用材料和许用应力，以及提高螺栓连接强度的措施

教学难点：螺栓连接的强度计算方法

教学方法

多媒体展示法、问答法、讨论法、讲授法、练习法

教学用具

电脑、投影仪、多媒体课件、教材

教学设计

第1节课：考勤（2min）→任务引入（5min）→传授新知（28min）→实践探索（10min）

第2节课：问题引入（3min）→传授新知（22min）→实践探索（15min）→课堂小结（3min）→作业布置（2min）

教学过程

主要教学内容及步骤

设计意图

第一节课

考勤

（2min）

【教师】使用APP进行签到

【学生】班干部报请假人员及原因

培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况

任务引入

（5min）

【教师】展示“日常生活中的螺纹”的图片（详见教材），讲述“任务引入”的相关内容

通过学习螺纹和螺纹连接的基础知识，小王了解到螺栓是一种重要的连接件，广泛应用于各种机械设备中。在实际应用中，螺栓连接可能受到交替载荷的作用，若螺栓连接的强度太低，则容易导致螺栓连接在短时间内发生疲劳破坏；若螺纹连接的强度太高，则会导致使用成本过高。螺栓连接的强度计算是确保螺栓连接可靠性和机械设备使用安全的重要手段。那么，该如何计算螺栓连接的强度呢？

【学生】聆听、思考

借助任务引入，激发学生学习兴趣，明确学习目的

传授新知

（28min）

【教师】讲解新知

一、普通螺栓连接强度计算

（一）松螺栓连接强度计算

松螺栓连接是指螺栓连接时未经过充分紧固，螺栓之间存在一定的松动。松螺栓连接的特点是螺栓在工作前不受力，在工作时只受工作拉力，失效形式主要为螺栓断裂或塑性变形。松螺栓连接的强度条件（校核公式）为

（10-4）

式中：

——拉应力，单位为Mpa；

F ——工作拉力，单位为N；

A ——螺栓危险截面的面积，单位为；

——螺纹的小径，单位为mm；

——螺栓的许用拉应力，单位为MPa。

由式（10-4）可得松螺栓连接的设计公式为

（10-5）

（二）紧螺栓连接强度计算

紧螺栓连接是指螺栓连接时经过充分紧固，螺栓之间没有松动。紧螺栓连接的特点如下：①在承受工作载荷之前，螺栓已受到预紧力的作用；②螺杆与孔壁间有间隙；③螺栓除受预紧力引起的拉应力外，还受螺纹牙间的摩擦力矩引起的扭转剪应力。按承受工作载荷方向不同，紧螺栓连接可分为受横向工作载荷的紧螺栓连接和受轴向工作载荷的紧螺栓连接。

1．受横向工作载荷的紧螺栓连接强度计算

【教师】展示“紧螺栓连接”图片（详见教材），讲解新知

受横向工作载荷的紧螺栓连接特点如下：①横向载荷靠接合面间的摩擦力传递，因此此种连接需要较大的预紧力；②受外载荷前后，螺杆受力情况不变。受横向工作载荷的紧螺栓连接的失效形式主要为：①螺栓断裂或塑性变形；②被连接件滑移。

螺栓不发生断裂或塑性变形的强度条件为

（10-6）

【教师】讲述“小贴士”的相关内容

通常在计算螺栓螺纹部分的强度时，只按拉伸强度来计算，但由于在螺栓的危险截面上不仅有由引起的拉应力，还有在预紧螺栓时由螺纹牙间的摩擦力矩?T?引起的扭转剪应力，因此要将螺纹所受的拉力增大30%，即螺纹所受总拉力为。

【学生】聆听、思考、理解、记忆

螺栓连接的设计公式为

（10-7）

被连接件不发生滑移的条件为因预紧力引起的接合面间的摩擦力大于横向工作载荷，即，由此可得

（10-8）

式中：

——预紧力，单位为N；

? ——接合面间的摩擦系数；

? ——接合面的数目；

——可靠性系数，通常取；

——横向工作载荷，单位为N。

【教师】展示“减载装置”图片和“采用铰制孔用螺栓”图片（详见教材），讲解新知

为防止被连接件滑移，需要在螺栓上加很大的预紧力，并且为避免螺栓被拉断，螺栓的直径会很大。若需要限制螺栓的直径，可采取以下改进措施：①采用键、套筒、销承担横向工作载荷；②采用无间隙的铰制孔用螺栓来承担横向工作载荷。

【教师】展示“一普通螺栓连接”图片（详见教材），组织课堂活动

如图?