机械设计Ch05介绍.ppt

螺纹联接的强度计算1 §5-6 螺纹联接的强度计算 螺栓联接的强度计算主要与联接的装配 情况（预紧或不预紧）、外载荷的性质和材料性能等有关。 螺栓联接强度计算的目的是根据强度条件确定螺栓直径，而螺栓和螺母的螺纹牙及其他各部分尺寸均按标准选定。 一、松螺栓联接强度计算 二、紧螺栓联接强度计算 1．仅受预紧力的紧螺栓联接 2．承受预紧力与工作拉力的紧螺栓联接 3．承受工作剪力的紧螺栓联接 联接的失效形式：主要是指螺纹联接件的失效。对于受拉螺栓，其失效形式主要是螺纹部分的塑性变形和螺杆的疲劳断裂。对于受剪螺栓，其失效形式可能是螺栓杆被剪断或螺栓杆和孔壁的贴合面被压溃。 详细推导 螺纹联接的强度计算2 §5-6 螺纹联接的强度计算 1．仅受预紧力的紧螺栓联接 预紧力引起的拉应力： 螺牙间的摩擦力矩引 起的扭转剪应力： 强度条件： 　　当联接承受较大的横向载荷F时，由于要求F0≥F／f（f=0.2），即 F0≥5F ，因而需要大幅度地增加螺栓直径。为减小螺栓直径的增加， 可采用减载措施。 说明 根据第四强度理论， 螺栓在预紧状态下的 计算应力: 螺纹联接的强度计算3 §5-6 螺纹联接的强度计算 2．受轴向载荷的紧螺栓联接 螺栓预紧力F0后，在工作拉力F 的作 用下，螺栓的总拉力F2 = ? 这时螺栓的总拉力为： 为使工作载荷作用后，联接结合面间有残余预紧力F1存在，要求螺栓 联接的预紧力F0为： 静强度条件： 式中F1为残余预紧力，为保证联接的紧密 性，应使 F1 ＞0，一般根据联接的性质确定F1的大小。 式中： 为螺栓的相对刚度，其取值范围为 0~1。 详细分析 疲劳强度校核 设流体压强为p，螺栓数目为Z，则缸盖上每个螺栓所受的轴向工作载荷为： p ·πD2/4 F = Z p D （2）承受预紧力与工作拉力的紧螺栓连接 前面分析过，当预紧后螺栓若再承受轴向工作载荷或倾覆力矩的作用，则螺栓内部的拉力会进一步增加， 螺栓所受的总拉力：F2 ≠ F0 + F 特别注意： F F 图5-25 单个紧螺栓连接受力变形图 螺母未拧紧 λb λm 螺母已拧紧 F0 F0 螺栓伸长量为: λb 被连接件压缩量为：λm 注意：虽然螺栓所受拉力等于被连接件所受压力，但由于两者的刚度不同，所以它们的变形量也不同。 螺栓的伸长量： 被连接件的压缩量： 螺栓的刚度 被连接件的刚度 螺母未拧紧 ?λ ?λ+λb λb λm ?λ F1 F1 F F F2 螺母已拧紧 已承受工作载荷 F0 F0 λ’m 加载 F 后: 螺栓总伸长量增加为: ?λ+λb 被连接件压缩量减少为： λ’m =λm -?λ 总拉力： F2=F+F1 被连接件的压缩力减少为： F1 很显然: F1 F0 被连接件放松了 ----残余预紧力 螺母未拧紧 ?λ ?λ+λb λb λm ?λ F1 F1 F F F2 螺母已拧紧 已承受工作载荷 F0 F0 λ’m 螺栓和被连接件的受力与变形情况可列于下表： 显然，在承受F后 ： 残余预紧力 由工作载荷决定 F2 = F1 + F ≠F0 + F 为了保证连接的紧密性，防止连接受载后接合面出现缝隙，应使：F1 0 F1 的选取原则如下： 有密封性要求时： F1 =（1.5～1.8）F 工作载荷不稳定时 ：F1 =（0.6～1.0）F 工作载荷稳定的时： F1 =（0.2～0.6）F 一般连接： λb ?λ 连接件变形 力 螺栓变形 力 变形 力 F2 F1 F F0 F0 λm F0 λb λm 螺栓所受的总拉力： F2= F+ F1 θm θb 以上螺栓连接的受力与变形关系可以用线图（即力与变形坐标图）来表示。 被连接件受力变形图 力 变形 λb F0 Ob θb 螺栓受力变形图 λm F0 力 θm Om 变形 设螺栓的刚度为Cb，被连接件的刚度为Cm则： ΔF θb θm F- ΔF 显见：F0 = F1 + （F－ΔF） 力 变形 F0 λb λm θb θm Δλ F2 F1 F Ob Om ΔF θb θm F- ΔF 力 变形 F0 λb λm θb θm Δλ F2 F1 F Ob Om 由图中的几何关系可得： 见教材p84页。其大小与螺栓和被连接件的结构尺寸、材料以及垫片等因素有关。数值在0～1之间。 螺栓的相对刚度 ΔF θb θm F- ΔF 力 变形 F0 λb λm θb θm Δλ F2 F1 F Ob Om ∵ F0 = F1 + （F－ΔF） 在承受轴