机械设计提高(2)

1、螺纹连接基本知识：螺纹和螺纹连接件的类型、结构、特点、应用场合及选用原则，要特别注意普通螺栓连接和铰制孔螺栓连接在结构、传力方式、失效形式及强度计算准则上的不同；2、螺纹连接强度计算，重点掌握紧螺栓连接力与变形之间的关系以及提高螺栓连接强度的措施；3、螺纹连接预紧的目的和控制预紧力的方法；螺纹连接防松的原理和防松方法；4、螺栓组的受力分析、失效分析及强度计算方法；5、螺旋传动的基本知识，滑动螺旋传动的设计计算，滚动螺旋传动的工作原理及选择计算；6、键、花键、销连接的类型、工作原理、结构形式和应用；7、平键连接尺寸的确定方法、失效形式、强度校核方法；8、无键连接的形式、工作原理、特点及应用。2.1、内容提要第二讲：连接受预紧力和轴向工作载荷的紧螺栓连接总拉力F2的确定；关于紧螺栓连接强度计算公式中系数1.3的意义关于提高螺栓连接强度的措施；螺栓组连接的设计；螺栓连接结构设计中应注意的问题；关于键连接的形式和应用场合；关于平键连接的尺寸确定、失效形式和强度校核1.2、要点分析第二讲：连接1.2、要点分析受预紧力和轴向工作载荷的紧螺栓连接总拉力F2的确定二、受剪螺栓（铰制孔螺栓）一、受拉螺栓（普通螺栓）1、受拉松螺栓2、受拉紧螺栓a、受横向工作载荷的受拉紧螺栓联接(仅承受预紧力的紧螺栓联接)b、受轴向工作载荷的受拉紧螺栓联接(承受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接)(承受工作剪力的紧螺栓联接)(受轴向载荷的紧螺栓联接)FDDp螺栓预紧力F0后，在工作拉力F的作用下，螺栓的总拉力F2=?FFF12FCCCFFmbb02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：FCCCFFmbm10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：mbbCCC为螺栓的相对刚度，其取值范围为0~1。承受预紧力和工作载荷联合作用的紧螺栓4/3.1212cadF静强度条件：1.2、要点分析关于紧螺栓连接强度计算公式中系数1.3的意义2104dF3120162tanddFWTvT3.1322ca21043.1dFca根据第四强度理论，螺栓在预紧状态下的计算应力:强度条件：以螺栓联接为例，螺栓联接的强度主要取决于螺栓的强度，因此，提高螺栓的强度，将大大提高联接系统的可靠性。影响螺栓强度的因素主要有以下几个方面，或从以下几个方面提高螺栓强度。改善螺纹牙上载荷分布不均的现象降低影响螺栓疲劳强度的应力幅减小应力集中的影响采用合理的制造工艺1.2、要点分析关于提高螺栓连接强度的措施螺栓组连接的结构设计螺栓组连接的受力分析单个螺栓的强度计算1.2、要点分析螺栓组连接的设计1．受横向载荷2．受转矩3．受轴向载荷4．受倾覆力矩受力分析的目的：根据联接的结构和受载情况，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便进行螺栓联接的强度计算。受力分析时所作假设：所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；受载后联接接合面仍保持为平面。受力分析的类型：螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合；FFriOOMTfF0fF0FF1.2、要点分析螺栓组连接的设计（1）对于受剪螺栓（铰制孔用螺栓）联接（图b），每个螺栓所受工作剪力为：（2）对于受拉螺栓（普通螺栓）联接（图a），按预紧后接合面间所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷的要求，有：式中：z为螺栓数目。1．受横向载荷的螺栓组联接zFFFKzifFS0fziFKFS0或Ks为防滑系数，设计中可取Ks=1.1~1.3。F∑F∑F∑F∑b)a)说明螺纹联接组的设计42．受转矩的螺栓组联接TKfrFfrFfrFsz02010TrFziii1采用受拉螺栓，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。采用受剪螺栓，是靠螺栓的剪切和螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩T。iirFrFmaxmaxZiirTrF12maxmaxziirfTKF1S0动画模拟动画模拟3．受轴向载荷的螺栓组联接若作用在螺栓组上轴向总载荷FΣ作用线与螺栓轴线平行，并通过螺栓组的对称中心，则各个螺栓受载相同，每个螺栓所受轴向工作载荷为：通常，各个螺栓还承受预紧力F0的作用，当联接要有保证的残余预紧力为F1时，每个螺栓所承受的总载荷F2为。zFFF2=F1+F4．受倾覆力矩的螺栓组联接倾覆力矩M作用在联接接合面的一个对称面内，底板在承受倾覆力矩之前，螺栓已拧紧并承受预紧力F0。作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩M平衡，即：由此可以求出最大工作载荷：ziLFM1iiZiLMLF12imaxmaxmaxmaxLLFFii][0maxPPWMAzF00minPWMAzF螺栓的总拉力：maxmbb02FCCCFF为防止结合面受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙，要求：4．受倾覆力矩的螺栓组联接从结构上采取措施避免螺栓受偏心载荷作用，因偏心载荷使螺栓受到弯曲应力的作用凸台或沉头坑球面垫圈或腰环螺栓1.2、要点分析螺栓连接结构设计中应注意的问题1.2、要点分析关于键连接的形式和应用场合薄型平键1.2、要点分析关于平键连接的尺寸确定、失效形式和强度校核平键连接存在挤压和剪切两种失效形式，但只作挤压（对静连接）和磨损（对动连接）校核。键的剖面尺寸和键长分别由轴毂直径及其配合部分长度确定，键长L略小于毂长，强度校核式中的键长l为键与轮毂键槽接触的长度。许用挤压应力和许用压强应取轴、键、毂三者中的较小值。螺纹连接、键连接、销连接的基本概念题单个螺栓连接的强度计算多种受力状态组合的螺栓组受力分析及连接的强度计算（校核或设计）2.3、题型概括第二讲：连接2.4、典型题解析第二讲：连接受力分析题受轴向工作载荷的紧螺栓连接的力与变形关系图及总拉力计算题螺栓组连接受力分析与强度计算综合题螺栓组连接设计题结构题（普通螺栓、铰制孔螺栓、双头螺柱、地脚螺钉等）例1、一螺栓组连接的两种方案如图所示，已知外载P，L=300mm，a=60mm，求（1）螺栓组在两个方案中受力最大螺栓的剪力各是多少？（2）分析哪个方案较好，为什么？（a）（b）例2.如图所示，一钢板用四个螺栓固联在铸铁支架上，螺栓布置有A、B两种方案，已知载荷FΣ=12000N，l=400mm，a=100mm。1）试比较那种布置方案合理？2）此题采用受拉螺栓联接还是受剪螺栓联接好？为什么？例3、已知一个托架的边板用6个螺栓与相邻的机架相连接。托架受一与边板螺栓组的垂直对称轴线相平行、距离为250mm、大小为60KN的载荷作用。现有如图所示的两种螺栓布置形式，设采用铰制孔螺栓连接，试问哪一种布置形式所用的螺栓直径较小？为什么？例4、若将一厚度为δ薄板，用两个受拉螺栓（普通螺栓）固定在机架上，可以采用两种不同的形式如图所示。已知作用在板上的力P=2000N，两螺栓中心距离为200mm，δ=20mm。螺栓、薄板和机架的材料都是Q235钢，其许用拉应力[σ]=120N/mm2，许用剪切应力[τ]=44N/mm2，许用挤压应力为[σp]=66N/mm2。板间结合面摩擦系数为μ=0.2，可靠性系数Kf=1.3。（1）计算两种情况下所需螺栓直径的大小，并说明哪种结构形式较合理？（2）若将上述连接改为受剪螺栓（铰制孔用螺栓）再计算所需螺栓直径的大小（按较合理的一种计算）例5：图示螺栓联接受横向载荷R作用，采用两个M20的普通螺栓（M20螺栓的小径d1=17.294mm),其许用拉应力[σ]=160N/mm2，连接结合面间的摩擦系数f=0.20，防滑系数Ks=1.2，试计算该联接允许传递的横向载荷R最大为多少？例6、例7、图示刚性联轴器用HT200制成。螺栓孔分布直径D=160mm，其传递的转矩T=1200N.m。若使用M16的普通螺栓（d1=13.835）联接，已知联接表面的摩擦系数f=0.25，联接的防滑系数Ks=1.2，螺栓的许用拉应力[σ]=80Mpa。试问至少需要几个螺栓才能满足联接的要求？例8、液压油缸盖螺栓组选用6个M16螺栓，若其危险剖面直径d1=14mm，螺栓材料许用拉应力[σ]=110MPa，油缸直径D=150mm，油缸压力P=2Mpa，F0=11000N，，进行下面计算：（1）求螺栓的工作载荷以及总拉力和被连接件的残余预紧力；（2）校核螺栓的强度是否足够；（3）按比例画出螺栓与被连接件的受力变形图，并在图中标出δb、δm、F0、F1、F、F2。8.0mbbccc例9、如图所示，一托架用两个受拉螺栓联接。经测得，螺栓受力变形如下，试求P力的大小。例10：图示支架用4个普通螺栓联接在立柱上，已知载荷P=12400N，连接的尺寸参数如图示，结合面摩擦系数f=0.2，螺栓材料的屈服极限σs=270N/mm2。安全系数s=1.5，螺栓的相对刚度，防滑系数Ks=1.2，求所需螺栓小径？3.0mbbccc例11、图示刚性联轴器由6个均布于直径的圆周上的螺栓联接，联轴器传递的转矩，试按下列两种情况校核该螺栓联接的强度。（1）采用M16的小六角头铰制孔螺栓，如图方案1所示。螺栓受剪截面处直径，螺栓材料为45号钢；其许用剪应力；许用挤压力；联轴器的材料为HT250，许用挤压应力。（2）采用M16的普通螺栓，如图方案2所示。接合面间的摩擦系数，螺栓材料为45钢；许用拉应力，螺纹内径，可靠性系数。2600TNm0195Dmm017dmm[]195MPa1[]300pMPa2[]100pMPa015f.s[]240MPa113.835dmm1.2fKΦ195例12、结构题（1）找出图示螺纹连接结构中的错误，说明原因，并就图改正。已知被连接件材料均为Q235，连接件均为标准件。（2）找出图示螺纹连接结构中的错误，说明原因，并就图改正。已知被连接件材料均为Q235，连接件均为标准件。（3）找出图示螺栓连接结构中的错误，并就图改正。（4）完成图示螺纹联接结构，被联接件之一比较厚且不经常拆卸。