机械设计第五章螺纹连接的强度计算

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1、第六节螺纹连接的强度计算螺纹连接的失效形式及设计准则螺纹连接强度计算的内容松连接的强度计算紧连接的强度计算普通螺栓连接铰制孔用螺栓连接一、螺栓连接的失效形式和设计准则1、受拉普通螺栓连接螺栓承受轴向载荷，失效形式：拉断、塑性变形计算准则：保证螺栓杆螺纹部分的静强度或疲劳拉伸强度。2、受剪铰制孔用螺栓连接螺栓承受横向载荷。剪断、压溃保证连接的挤压强度和螺栓的剪切强度。疲劳断裂发生在螺纹牙底截面65%的疲劳裂纹发生在螺栓与螺母旋和的第一圈螺纹处。15%的疲劳裂纹发生在螺栓头与光杆部分交接处。20%的疲劳裂纹螺纹尾部倒角处。二、单个螺栓连接的强度计算的内容确定螺栓的受力根据连接的类型

2、、连接的装配情况、载荷状态等条件。计算螺栓危险剖面的直径（螺纹小径d1）或校核相应的强度。螺栓的其他部分（螺纹牙、螺栓头、光杆）和螺母、垫圈的结构尺寸，都不需要进行强度计算，可根据螺栓螺纹的公称直径在标准中查得。符号规定预紧力工作拉力剩余预紧力螺栓总拉力螺纹小径许用拉应力螺栓刚度被连接件刚度三、松联接的强度计算在装配时不需将螺母拧紧，在承受工作载荷之前联接不受力。因此联接所受的载荷即为螺栓所受的工作载荷F。拉应力强度计算：例题1起重滑轮中的螺栓联接，已知最大起重量为F＝50KN，螺栓材料为35钢，性能等级为5.6级。确定螺纹的公称直径。解：查手册：取四、紧螺栓连接的强度计算仅受

3、预紧力的紧螺栓连接承受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接承受工作剪力的紧螺栓连接FFFF/2F/2F0F0F0F01、仅受预紧力的紧螺栓连接普通螺栓连接承受横向载荷时，靠被连接件接合面间的摩擦力承受外载荷，此摩擦力由螺栓装配时的预紧力产生。在装配时，螺母需要拧紧，在拧紧力矩的作用下，螺栓除了受到预紧力引起的拉伸应力之外，还受螺纹摩擦力矩T1产生扭转切应力的作用。紧螺栓连接处于拉伸与扭转的复合应力状态。1、仅受预紧力的紧螺栓连接仅受预紧力？对于M10～M64普通螺纹的钢制螺栓适用1、仅受预紧力的紧螺栓连接预紧力引起的拉应力扭紧力矩引起的切应力紧螺栓连接中，螺栓承受拉伸和扭转的联合作用，

4、利用第四强度理论，计算时考虑拉伸强度，并将拉伸应力增大30%来考虑扭转的影响。强度条件：根据第四强度理论1、仅受预紧力的紧螺栓连接承受横向载荷的减载零件连接强度按减载零件的剪切、挤压强度条件计算。例2：凸缘联轴器的螺栓组连接。已知在D0＝150mm的圆周上均匀分布8个M12的普通螺栓，螺栓的性能级别为4.6级，材料为Q235钢。凸缘联轴器传递的扭矩T＝1000Nm,材料为钢。装配时要求控制预紧力。(f=0.3,Ks=1.2)校核该螺栓组连接的强度。D0每个螺栓应有的预紧力：2.受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接螺栓连接承受的轴向外载荷。如：压力容器的螺栓联接分析工作特点：工作前拧紧

5、，有F0；工作后加上工作载荷F；工作前、工作中载荷变化。工作原理：靠螺杆抗拉强度承受外载F。解决问题：保证安全可靠的工作，F0=？工作时螺栓总载荷，F2=？保证螺栓联接的紧密性，联接的剩余预紧力F1=？未拧紧螺母螺母拧紧承受轴向工作载荷螺栓变形分析螺栓螺母松驰状态，螺栓与被联接件都不受力，没有变形。螺栓拉长；被连接件压缩。螺栓进一步拉长；被连接件的压缩变形略有恢复。螺栓的总拉力=剩余预紧力+工作载荷承受工作载荷之前承受工作载荷之后单个螺栓联接受力变形线图螺栓联接拧紧后，未承受工作载荷力螺栓变形图变形力被联接件变形图力变形螺栓刚度被连接件刚度单个螺栓连接受力变形线图力变形承受工作

6、载荷后：螺栓的伸长增量被连接件的压缩恢复量为使连接不失效：剩余预紧力螺栓总拉力力变形载荷变化量变形变化量螺栓F2-F0Dl被连接件F0–F1Dl螺栓总拉力计算公式的推导螺栓总拉力计算公式的推导剩余预紧力螺栓总拉力螺栓的相对刚度讨论最不利的情况最理想的情况螺栓的相对刚度参考值为保证联接的紧密性，防止联接受载后接合面间产生缝隙，应使F1>0。有密封性要求的联接，F1＝(1.5~1.8)F对于一般联接，工作载荷稳定时:F1=(0.2~0.6)F；工作载荷不稳定时，F1＝(0.6~1)F。设计时常用的方法：根据螺栓联接的受载情况，求出螺栓的工作拉力F，根据联接的工作要求选取F1值，再计

7、算螺栓的总拉力。受轴向变载荷螺栓的疲劳强度计算力变形时间时间螺栓中总拉力的变化螺栓工作拉力的变化工作拉力在0～F之间变化，螺栓所受的总拉力将在F0～F2之间变化。螺栓危险截面的最大、最小拉应力按下式计算：螺栓危险截面的应力幅：螺栓疲劳强度验算公式：σ-1σ-1eσaσmOCADσSG45˚MM’3σminL螺栓应力变化的规律为：σmin=C疲劳强度安全系数为3、承受工作剪力的紧螺栓联接螺栓杆与孔壁的挤压强度条件：螺栓杆与剪切强度条件：课堂练习题受横向载荷作用的普通螺栓连接的工作原理是。连接接