机械设计3螺栓多媒体3

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1、七、失效分析、计算准则轴向、横向载荷——无论受何种形式；受轴向载荷：断裂、塑性变形受横向载荷：剪断、压溃断裂剪断压溃失效计算准则对于受拉螺栓，其主要破坏形式是螺栓杆螺纹部分发生断裂，因而其设计准则是保证螺栓的静力拉伸强度；对于受剪螺栓，其主要破坏形式是螺栓杆和孔壁间压溃或螺栓杆被剪断，其设计准则是保证联接的挤压强度和螺栓的剪切强度。§5单个螺栓的强度计算1、受轴向载荷a)松螺栓联接松螺栓联接装配时，螺母不需要拧紧。在承受工作载荷之前，螺栓不受力。例如起重吊钩等的螺纹连接均属此类。现以起重吊钩的螺纹联接为例，说明松螺栓联接

2、的强度计算方法。如图所示，当联接承受工作载荷F时，螺栓所受的工作拉力为F，则螺栓危险截面的拉伸强度条件为：F（拉应力）校核式：式中：d1——螺栓危险截面的直径，mm；[]——螺栓材料的许用应力，Mpa；设计式：b)只受预紧力紧螺栓联接装配时，螺母需要拧紧，，在拧紧力矩作用下，螺栓除受预紧力Fp的拉伸而产生拉伸应力外，还受螺纹摩擦力矩T1的扭转而产生扭转剪应力，使螺栓处于拉伸与扭转的复合应力状态下。螺栓危险截面的拉伸应力为：螺栓危险截面的扭转剪应力为：FFFPFP把参数代入上式后可得：根据第四强度理论，求出螺栓预

3、紧状态下的计算应力为：由此可得：由此可见，紧螺栓联接在拧紧时虽是同时承受拉伸和扭转的联合作用，但在计算时，可以只按拉伸强度计算，并将所受的拉力（预紧力）增大30%来考虑扭转的影响。C）受预紧力和轴向外载已知:Fp和F总拉力:F0=?Fp+F工作载荷这种紧螺栓联接承受轴向拉伸工作载荷后，由于螺栓和被联接件的弹性变形，螺栓所受的总拉力并不等于预紧力和工作拉力之和。应从分析螺栓联接的受力和变形的关系入手，找出螺栓总拉力的大小。图表示单个螺栓联接在承受轴向拉伸载荷前后的受力及变形情况。FpFp’mbbmFpFp’F图

4、是螺母刚好拧到和被联接件相接触，但尚未拧紧。此时，螺栓和被联接件都不受力，因而也不产生变形。图是螺母已拧紧，但尚未承受工作载荷。此时，螺栓受预紧力Fp的拉伸作用，其伸长量为b。相反，被联接件则在Fp的压缩作用下，其压缩量为m。图是承受工作载荷时的情况。当螺栓承受工作载荷后，因所受的拉力由Fp增至F而继续伸长，其伸长量增加，总伸长量为b+。与此同时，原来被压缩的被联接件，因螺栓伸长而被放松，其压缩量也随着减小。根据联接的变形协调条件，则被联接件压缩变形的减小量应等于螺栓拉伸变形的增加量。因而，总压缩量为

5、m=m－。而被联接件的压缩力由Fp减至Fp。Fp称为残余预紧力。显然，联接受载后，由于预紧力的变化，螺栓的总拉力F0并不等于预紧力Fp与工作拉力F之和，而等于残余预紧力Fp与工作拉力F之和。上述的螺栓和被联接件的受力和变形关系，还可以用线图表示。图a、b分别表示螺栓和被联接件的受力与变形的关系。由图可见，在联接尚未承受工作拉力F时，螺栓的拉力和被联接件的压缩力都等于预紧力Fp。力变形Fpbb力变形Fpmm当联接承受工作载荷F时，螺栓的总拉力为F0，相应的总伸长量b+；被联接件的压缩力等于残余预

6、紧力Fp，相应的总压缩量为m=m－。由图可见，螺栓的总拉力F等于残余预紧力Fp与工作拉力F之和，即：力变形FpbbmmF0FFpF1F2图9-20单个螺栓联接受力变形线图螺栓的预紧力Qp与残余预紧力Qp、总拉力F0的关系，可由图5-16中的几何关系推出。由图5-16可得：式中Cb、Cm分别表示螺栓和被联接件的刚度。由图5-16c得，螺栓的总拉力为：螺栓的残余预紧力为：为了保证联接的紧密性，以防止联接受载后结合面间产生缝隙，应使Fp>0。推荐采用Fp为：对于有密封性要求的联接：Fp=

7、（1.5～1.8）F；对于一般联接，工作载荷稳定：Fp=（0.2～0.6）F；工作载荷不稳定时：Fp=（0.6～1.0）F；对于地脚螺栓联接：FpF；设计时，可先根据连接的受载情况，求出螺栓的工作拉力F；再根据联接的工作要求选取Fp值；然后按式（5-15）计算螺栓的总拉力F。求得F0值后即可进行螺栓强度计算。考虑到螺栓在总拉力F0的作用下；可能需要补充拧紧，故仿前将总拉力增加30%以考虑扭转剪应力的影响。于是螺栓危险截面的拉伸强度条件为：螺栓总拉力为：F0——补充拧紧产生的螺纹摩擦力矩为：T1——按照第四强度理

8、论：或例题：P104图5-44HPVHVMHMVP1=zFd18.6mmd1=10.106mmd=12mmM12FLmind0图5-18承受横向力的紧螺栓联接这种联接是利用配合螺栓抗剪来承受载荷R的。螺栓与孔壁之间无间隙，接触表面受挤压；在联接结合面处，螺栓杆受剪切。因此，应分别按挤压及剪切强度条件计算。2、受横向