机械设计基础——螺纹连接的强度计算

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1、烟台工程职业技术学院课程单元设计教案专业：机械设计课程：机械设计基础制定人：林莉莉单元课题25螺栓连接的强度计算班级月、H星期节次上课地点课时9教学材料课本、教案、ppt课件、实物、视频教学目标知识冃标能力FI标素质口标1.掌握单个螺纹连接的强度计算；2.常握螺栓组连接的结构设计和受力分析；3.了解提高螺栓连接强度的措施能够根据条件确定螺栓的直径；能够设计螺栓组的连接1.培养学生的科学思维方法和创新意识；2.培养学生的团队协助精神和沟通能力；教学实施能力训练任务教师活动学生活动时间外语单词作业课后体会任务二螺栓连接的强度计算

2、单元25螺栓连接的强度计算和螺栓组连接的设计一、任务引入为了便于机器的制造、安装、维修和运输，在机器和设备的各零、部件间广泛采用各种联接。联接分可拆联接和不可拆联接两类。不损坏联接中的任一零件就可将被联接件拆开的联接称为可拆联接，这类联接经多次装拆仍无损于使用性能，如螺纹联接、链联接和销联接等。不对拆联接是指至少必须毁坏联接中的某一部分才能拆开的联接，如焊接、钏钉联接和粘接等。螺纹联接和螺旋传动都是利用具有螺纹的零件进行工作的，前者作为紧固联接件用，后者则作为传动件用。二、相关知识一、单个螺栓连接的强度计算单个螺栓联接的强度

3、计算是螺纹联接设计的基础。根据联接的工作情况，可将螺栓按受力形式分为受拉螺栓和受剪螺栓。针对不同零件的不同失效形式，分别拟定其设计计算方法，则失效形式是设计计算的依据和出发点。1.失效形式工程中螺栓联接多数为疲劳失效受拉螺栓一一螺栓杆和螺纹可能发生塑性变形或断裂受剪螺栓一一螺栓杆和孔壁I'可可能发生压溃或被剪断2.失效原因：应力集中应力集中促使疲劳裂纹的发生和发展过程3.设计计算准则与思路受拉螺栓：设计准则为保证螺栓的疲劳拉伸强度和静强度受剪螺栓：设计准则为保证螺栓的挤压强度和剪切强度（一）受拉螺栓连接1、松螺栓联接这种联接

4、在承受工作载荷以前螺栓不拧紧，即不受力,如图所示的起重用钩尾部的松螺接联接。螺栓工作时受轴向力F作用，其强度条件为A泌L」式屮dl为螺栓危险截血的直径（即螺纹的小径），单位为mm；[o]为松联接的螺栓的许用拉应力，单位为MPa。由上式可得设计公式为4Fdi>7i(y计算得出dl值后再从有关设计手册中查得螺纹的公称直径d。2、紧螺栓联接⑴只受预紧力的紧螺栓联接工作前拧紧，在拧紧力矩T作用下:复合应力状态：预紧力F0—产生拉伸应力。螺纹摩擦力矩T1-产生剪应力t按第四强度理论：°e~"旷+3厂=Jb+彳©%）2=1.3cr・•

5、・强度条件为：<7«=丄也5[<7]设计公式为：d{>4x1.3/^rh此可见，紧联接螺栓的强度也可按纯拉伸计算，但考虑螺纹摩擦力矩T的影响，需将预紧力增大30%。⑵承受横向外载荷的紧螺栓联接一一主要防止被联接件错动特点：杆孔间有间隙，靠拧紧的正压力（F。）产生摩擦力来传递外载荷，保证联接可靠（不产生相对滑移）的条件为：Fof>Fr若考虑联接的可靠性及接合血的数目，上式可改成F^fin=KfFR式中&为横向外载荷，单位为N；f为接合面间的摩擦系数，；m为接合面的数目；Kf为可靠性系数，取Kf=l.1〜1.3。强度校核公式为:

6、1药）设计公式为:（4x1.3花V龙同⑶承受轴向静载荷的紧螺栓联接这种受力形式的紧螺栓联接应用最广，也是最重要的一种螺栓联接形式。图中所示为气缸端盖的螺栓组，其每个螺栓承受的平均轴向工作载荷为F=P^L4z式中p为缸内气压；D为缸径;右图为气缸端盖螺栓组屮一个螺栓联接的受力与变形情况。假定所有零件材料都服从胡克定律，零件屮的应力没有超过比例极限。此时螺栓所受的轴向总拉力冬应为其所受的工作载荷F与残余预紧力F0之和，即当选定残余预紧力FJ后，即可按上式求出螺栓所受的总拉力F,同时考虑到可能需要补充拧紧及扭转剪应力的作用，将伦增

7、加30%,则螺栓危险截面的拉伸强度条件为1.3几a=加2/41%]设计公式为:6/1>4xl.3F,（四）受剪切螺栓连接特点：螺杆与孔间紧密配合，无间隙，由光杆直接承受挤压和剪切来传递外载荷Fr进行工作。Fp螺栓的剪切强度条件为：r=——

8、则1、布局要尽量对称分布，栓组屮心与连接结合面形心重合（有利于分度、划线、钻孔），以受力均匀。2、受剪螺栓组（较制孔螺栓联接）时，不要在外载作用方向布置8个以上,螺栓要使其受力均匀，以免受力太不均匀，但弯扭作用螺栓组，要适当靠接缝边缘布局，否则受力太不均。3、合理间距，适当边距，以利于扳手