螺纹连接的设计计算讲解ppt课件.ppt

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1、1,5.1.4 螺纹连接的强度计算,2,一、螺栓的材料,（1）常用材料：Q215、35、45等碳素钢；,（2）冲击振动场合用：40Cr、30CrMnSi等合金钢；,（5）特殊用途(防磁、导电): 特殊钢、铜合金、铝合金等。,（3）普通垫圈：Q235、15、35；,（4）弹圈：65Mn；,3,二、螺纹联接件的许用应力,1.性能等级（1）-定义,（1）螺纹联接件是按其性能等级选用的，一定性能等级对应一定的强度极限；,（3）等级代号小数点前面数字=材料抗拉强度的百分之一（B/100）后面数字=10Xs/B。,（2）性能等级分为10级；,4,二、螺纹联接件的许用应力,1.性能等级（2）-螺栓的等级,P

2、220表5-3,5,二、螺纹联接件的许用应力,1.性能等级（3）-螺母的等级,P220表5-4,6,二、螺纹联接件的许用应力,1.性能等级（4）-选用,（1）一般用途通常选用4.8级左右的螺栓；,（3）重要场合要选用高的性能等级（如在压力容器中常采用8.8级的螺栓）。,（2）在联接中，组成螺纹副的螺母的性能等级不能低于螺栓的性能等级；,7,二、螺纹联接件的许用应力,2.许用应力（1）-考虑的因素,螺纹联接件许用应力与载荷性质(静、变载荷)、装配情况(松、紧联接)、材料、结构尺寸有关。,8,二、螺纹联接件的许用应力,2.许用应力（2）-公式,9,二、螺纹联接件的许用应力,2.许用应力（3）-屈服

3、极限,P220表5-3,10,二、螺纹联接件的许用应力,2.许用应力（4）-安全系数,P221表5-5,11,三、螺纹联接的失效形式,1.受拉螺栓（1）-失效形式,15%,20%,65%,螺纹部分的塑性变形和螺杆的疲劳断裂,12,三、螺纹联接的失效形式,1.受拉螺栓（2）-设计准则,保证螺栓的疲劳拉伸强度和静强度,13,三、螺纹联接的失效形式,2.受剪螺栓（1）-失效形式,螺栓杆和被联接件中弱者的结合面被压溃或螺栓杆被剪断,14,三、螺纹联接的失效形式,2.受剪螺栓（2）-设计准则,保证挤压强度和螺栓杆（或被联接件）的剪切强度,15,四、螺纹联接的强度计算,1.工作内容,（1）螺栓与螺母的螺纹

4、牙及其他各部尺寸是根据等强度原则及使用经验规定的。采用标准件时，这些部分都不需要进行强度计算。,（2）螺栓联接的计算主要是确定螺纹小径d1，然后按照标准选定螺纹公称直径d及螺距P等。,16,四、螺纹联接的强度计算,2.受拉松螺栓（1）-模型,17,四、螺纹联接的强度计算,2.受拉松螺栓（2）-公式,式中: d1-螺纹小径 mm ； F-轴向载荷 N； -许用应力 MPa；,校核公式,设计公式,18,四、螺纹联接的强度计算,3. 紧螺栓横向载荷（1）-模型,19,四、螺纹联接的强度计算,3. 紧螺栓横向载荷（2）-公式,式中: F0-预紧力 N；,校核公式,设计公式,考虑摩擦力矩T1产生的剪切应

5、力，按第四强度理论将应力合成,20,四、螺纹联接的强度计算,（1）当承受横向工作载荷时， 预紧力F0导致接合面所产生的摩擦力应大于横向载荷F；,（2）由于摩擦系数f的关系，预紧力F0很大。,3. 紧螺栓横向载荷（3）-不足,21,四、螺纹联接的强度计算,3. 紧螺栓横向载荷（4）-改进1,采用键、套筒、销承担横向工作载荷。,22,四、螺纹联接的强度计算,3. 紧螺栓横向载荷（4）-改进2,采用铰制孔螺栓。,校核公式,23,四、螺纹联接的强度计算,4.紧螺栓轴向载荷（1）-模型,24,四、螺纹联接的强度计算,4.紧螺栓轴向载荷（2）-受力分析,25,四、螺纹联接的强度计算,4.紧螺栓轴向载荷（3

6、）-计算公式,校核公式,设计公式,26,四、螺纹联接的强度计算,4.紧螺栓轴向载荷（4）-总拉力F2公式1,为残余预紧力,F 为轴向外载荷,27,四、螺纹联接的强度计算,4.紧螺栓轴向载荷（5）-残余预紧力的确定,P223中部文字,28,四、螺纹联接的强度计算,4.紧螺栓轴向载荷（6）-总拉力F2公式2,相对刚度系数,29,四、螺纹联接的强度计算,4.紧螺栓轴向载荷（7）-相对刚度系数,相对刚度系数：,P224上部文字,30,5.1.5 螺栓组联接的结构设计,31,五、螺栓组联接的设计内容,（2）确定螺栓数目（强度计算）。,（1）设计螺栓组中螺栓的分布形式；,32,六、螺栓组联接的结构设计,1

7、. 简单对称,为了好加工制造和联接结合面受力均匀；通常联接结合面的几何形状都设计成轴对称的简单几何形状。,33,2.受力合理1/2,铰制孔用螺栓联接，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均。,六、螺栓组联接的结构设计,34,3. 受力合理2/2,当联接弯距或转距时，应使螺栓位置适当靠近接合面的边缘，以减少螺栓的受力。,六、螺栓组联接的结构设计,35,3. 辅助抗剪,当同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，采用抗剪零件来承受横向载荷。,六、螺栓组联接的结构设计,36,4. 保证扳手空间,螺栓的排列应有合理的间距、边距，具体数值可以查阅相关设计手册。,六、螺栓组联接

8、的结构设计,37,5. 偶数,便于在圆周上钻孔时的分度和画线，同一圆周上的螺栓数目取成: 4、6等偶数；同一螺栓组中的螺栓的材料、直径、长度应相同。,六、螺栓组联接的结构设计,38,6. 避免附加应力,当联接弯距或转距时，应使螺栓位置适当靠近接合面的边缘，以减少螺栓的受力。,六、螺栓组联接的结构设计,39,7. 防松,为了提高联接的可靠性和紧密度，要采用必要的防松措施。,六、螺栓组联接的结构设计,40,七、螺栓组联接的计算,1.普通螺栓受横向载荷（1）-模型,靠正压力产生的摩擦力承受,41,七、螺栓组联接的计算,1.普通螺栓受横向载荷（2）-计算公式,42,七、螺栓组联接的计算,1.普通螺栓受

9、横向载荷（3）-参数,式中：f-接合面摩擦系数； i - 接合面数； z -螺栓数目； ks -可靠性系数，一般取1.1-1.3； F横向载荷。,43,七、螺栓组联接的计算,2.铰制孔螺栓受横向载荷（1）-模型,采用铰制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来承受外载荷。,44,七、螺栓组联接的计算,2.铰制孔螺栓受横向载荷（2）-计算公式,假设螺栓平分外载荷,45,七、螺栓组联接的计算,3.普通螺栓受转矩（1）-模型,采用普通螺栓，是靠联接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩T。,46,七、螺栓组联接的计算,3.普通螺栓受转矩（2）-假设,（1）正压力产生的摩擦力集中作用在螺栓中

10、心处；,（2）正压力产生的摩擦力方向垂直于螺栓中心和螺栓组对称中心的连线。,47,七、螺栓组联接的计算,3.普通螺栓受转矩（3）-计算公式,48,七、螺栓组联接的计算,4.铰制孔螺栓受转矩（1）-模型,采用铰制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩T。,49,七、螺栓组联接的计算,4.铰制孔螺栓受转矩（2）-假设,（1）螺栓受力大小与其中心到螺栓组对称中心的距离成正比；,（2）螺栓受力方向垂直于螺栓中心和螺栓组对称中心的连线。,50,七、螺栓组联接的计算,4.铰制孔螺栓受转矩（3）-计算公式,51,七、螺栓组联接的计算,5.普通螺栓受翻转力矩（1）-模型,52,七、螺栓组联接

11、的计算,5.普通螺栓受翻转力矩（2）-假设,螺栓承受的载荷与距离成正比：,53,七、螺栓组联接的计算,5.普通螺栓受翻转力矩（3）-公式,不是总拉力,54,七、螺栓组联接的计算,6.普通螺栓受轴向载荷（1）-模型,55,七、螺栓组联接的计算,6.普通螺栓受轴向载荷（2）-公式,不是总拉力,56,七、螺栓组联接的计算,6.普通螺栓受轴向载荷（3）-补充,当外载荷通过螺栓组形心时，各螺栓所受的工作载荷相等；,当外载荷不通过螺栓组的形心，应向形心平移后再计算。,57,七、螺栓组联接的计算,7.螺栓组联接受力分析的总结,（1）实际中，螺栓组的工作载荷常常是以上简单受力情况的不同组合；,（2）分别计算出

12、螺栓组在简单受力状态下每个螺栓的工作载荷，然后将它们按向量相加，就得到每个螺栓的总的工作载荷；,（3）都是对受应力最大的螺栓进行分析计算。,58,5.1.6提高螺栓联接强度的措施,59,八、提高螺栓联接强度的措施,1.降低螺栓的应力幅（1）-分析,（1）对于受轴向载荷的紧螺栓来讲，其同时承受预紧力和轴向载荷；,（2）轴向总拉力的变化范围为：F2-F0 ；,60,八、提高螺栓联接强度的措施,1.降低螺栓的应力幅（2）-结论,减小联接螺栓的刚度Cb或增加联接件的刚度Cm ，可以降低应力幅,61,八、提高螺栓联接强度的措施,1.降低螺栓的应力幅（3）-措施1/2,（1）增加联接件的刚度Cm,金属垫片

13、,O型密封圈,62,八、提高螺栓联接强度的措施,1.降低螺栓的应力幅（3）-措施2/2,（2）减小联接螺栓的刚度Cb,弹性元件,柔性螺栓,63,八、提高螺栓联接强度的措施,2.改善螺纹牙上载荷分布不均的现象（1）-分析,试验证明：约有1/3的载荷集中在第1圈上，以后各圈递减，第8圈外基本不承受载荷。,64,八、提高螺栓联接强度的措施,2.改善螺纹牙上载荷分布不均的现象（2）-结论,（1）加厚螺母不能改善载荷在螺纹牙上分布不均的现象。,（2）采用均载螺母。,65,八、提高螺栓联接强度的措施,悬置螺母,2.改善螺纹牙上载荷分布不均的现象（3）-措施,环槽螺母,内斜螺母,内斜与环槽螺母,66,八、提

14、高螺栓联接强度的措施,3.减小应力集中（1）-分析,螺栓上的螺纹（特别是螺纹收尾处）、螺栓上截面突变部位，都产生应力集中。,67,八、提高螺栓联接强度的措施,3.减小应力集中（2）-措施,过渡圆角,卸载槽,68,八、提高螺栓联接强度的措施,4.减小附加应力的影响（1）-分析,（2）可以从结构、制造与装配精度采取措施，减小附加应力。,（1）附加应力主要是由于支承面不平、被联接件变形太大和螺栓装配精度低引起的；,69,八、提高螺栓联接强度的措施,4.减小附加应力的影响（2）-措施1/3,增加凸台,利用斜垫片,增加沉孔,70,八、提高螺栓联接强度的措施,4.减小附加应力的影响（2）-措施2/3,避免被联接件变形太大,71,八、提高螺栓联接强度的措施,4.减小附加应力的影响（2）-措施3/3,球面垫圈,腰环螺栓,72,八、提高螺栓联接强度的措施,5.采用合适的工艺,（1）冷镦头部、辗压螺纹，比车削螺纹的疲劳强度提高30%；,（2）表面处理（氰化、氮化、喷丸等）也能提高螺纹的疲劳强度。,73,结束,