上海工程技术大学机械设计A复习题第五章螺纹连接和螺旋传动讲义讲课资料.ppt
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p F F D 2)受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接 * 图5-25 单个紧螺栓连接受力变形图 * (b)螺母拧紧 (a)螺母未拧紧 (c)承受工作载荷 F F F1 F1 F1 F1 F0 F0 F0 F0 Δ λ λb Δ λ λm λm′ Λb+Δ λ * 图5-26(c) 单个螺栓连接受力变形线图 螺栓刚度 θm F1 F F2 ΔF F0 力 变形 λb λm λ′m θb Δλ 被连接件刚度 螺栓总拉力: F2= F1+F= F0+ ΔF * θm F1 F F2 ΔF F0 力 变形 λb λm λ′m θb Δλ 由几何关系得 * 螺栓预紧力 螺栓总拉力 θm F1 F F2 ΔF F0 力 变形 λb λm λ′m θb Δλ 螺栓的相对刚度 螺栓相对刚度Cb/(Cb+Cm) 材料 金属 (无垫片) 皮革 铜皮石棉 橡胶 Cb/Cb+Cm 0.2~0.3 0.7 0.8 0.9 * 螺栓总拉力 * 1)一般连接:F1=(0.2~0.6)F 2)工作载荷不稳定:F1=(0.6~1.0)F 3)有密封性要求的连接:F1=(1.5~1.8)F 4)地脚螺栓连接: F1 ≥F 当有刚性或紧密性要求时,残余预紧力F10 螺栓总拉力F2= F1+F 残余预紧力F1选择原则 1)根据受载情况,求出螺栓的工作拉力F; 2)根据连接的要求,选择残余预紧力F1; 3)计算螺栓总拉力F2= F1+F; 4)螺栓强度校核或确定螺栓危险截面直径。 * 受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接静强度计算: 强度条件 设计公式 受轴向变载荷作用的紧螺栓连接 * F1 F2 F0 工作载荷变化范围0~ F 螺栓总拉力变化范围F0~ F2 * 螺栓危险截面的最大和最小应力 应力幅 螺栓总拉力 σm I J σ-1e σa σm O A M′ M σmin σa G C σS 45° * 螺栓的最大应力计算安全系数 如图所示一受轴向工作载荷的紧螺栓连接工作时,力和变形的关系。1)分析螺栓和被连接件刚度大小对螺栓总拉力F2有何影响?2)若预紧力F0=800N,工作载荷F=1000N,Cm=4Cb,求螺栓总载荷F2以及残余预紧力F1。 * θm F1 F F2 ΔF F0 力 变形 λb λm λ′m θb Δλ 1)减小Cb增大Cm可以使总载荷F2下降 * 解: 2)螺栓总载荷 螺栓残余预紧力 由 得 某气缸缸体与缸盖间用10个M20(d1=17.94mm)的普通螺栓连接。缸体内径D=250mm,缸内工作压力p在0~1MPa之间变化,螺栓的屈服极限σs=340MPa,取安全系数S=2。 * p D 求:1)若接合面上的残余预紧力F1为工作载荷的1.5倍,试校核该螺栓的静强度;2)计算汽缸工作时螺栓危险截面上的最大拉应力,最小拉应力,平均应力和应力幅。(已知螺栓的相对刚度0.5 ) * p D * 解:1)校核该螺栓的静强度 螺栓的工作载荷 螺栓的残余预紧力 螺栓总拉力 螺栓的静强度校核 螺栓的许用应力 螺栓的静强度满足要求 最大应力 * 2)计算螺栓危险截面上的工作拉力在F0~F2之间变化 最小应力 应力幅 平均应力 3)承受工作剪力的紧螺栓连接 螺栓杆与被连接件孔壁压溃或螺栓杆剪断 * 铰制孔螺栓连接 失效形式 d0 Lmin F F 螺栓杆的剪切强度条件 螺栓杆与孔壁的挤压强度条件 * 螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度Lmin≥1.25d0 §5-7 螺纹连接的材料及许用应力 1. 螺纹连接件的材料 常用材料 Q215 10 Q235 35 45 冲击振动 15Cr 40Cr 30CrMnTi 普通垫圈 Q235 15 35 表5-8(P86) 螺栓、螺钉和螺柱的性能等级 * 性能等级 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 9.8 10.9 12.9 σB / MPa 400 500 600 800 900 1000 1200 σS / MPa 240 320 300 400 480 640 720 900 1080 HBS 114 124 147 152 181 245 286 316 380 材料 和热处理 碳钢或添加元素的碳钢 碳钢、添加元素的碳钢、合金钢,淬火并回火 合金钢、添加元素的碳钢,淬火并回火 螺栓性能等级4.6 抗拉强度极限400MPa 屈服极限与抗拉强度极限之比为0.6 屈服极限为240MPa * 2. 螺纹连接件的许用应力 * 许用拉应力 许用切应力 许用挤压应力 或 表5-10(P87) 螺纹连接的安全系数S 影响螺栓疲劳强度的因素 1)螺纹牙的载荷分布 2)应力变化副 3)应力集中 4)附加应力 5)材料的力学性能和制造工艺 §5-8 提高螺纹连接强度的措施
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