第3讲螺栓组连接的设计

§5-5螺栓组联接的设计1螺栓组联接的结构设计2螺栓组联接的受力分析2螺栓组联接的受力分析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；螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合；受载后联接接合面仍保持为平面。受力分析的类型：FFriOOMTfF0fF0FF横向载荷作用线垂直于螺栓轴线，通过螺栓组的对称中心⑴受横向载荷的螺栓组联接①铰制孔用螺栓组联接ZFF每个螺栓所受横向工作剪力Fz——螺栓个数②普通螺栓组联接FKizFfS0Ks-----防滑系数Ks=1.1～1.3，取1.2z------螺栓个数i-----结合面数f-----接合面摩擦系数每个螺栓所受预紧力F0F∑F∑F∑F∑0SKFFfzi（2）受转矩的螺栓组联接①普通螺栓联接TKrfFrfFrfFSz02010ziiSrfTKF10每个螺栓所受预紧力F0例：联轴器120ZsrrrrkTFfzr②铰制孔用螺栓组联接TriFiF1F2铰制孔用螺栓TrFrFrFzz2211TrFziii1(1)iirFrFmaxmaxziirTrF12maxmaxmaxmax2211rFrFrFrFzzTriFiF1F2或maxmaxrrFFii(2)TrFziii1(1)受力最大的螺栓的工作剪力：12345678设各螺栓的剪切刚度相同（K）iiKFmaxmax2211FFFFKzziirmaxmax2211rFrFrFrFzz∴假设底板为完全刚体∴说明：例：联轴器12zrrrrTFzr（3）受轴向载荷的螺栓组联接总轴向载荷的作用线与螺栓轴线平行，且通过螺栓组的对称中心。可认为每个螺栓上所受轴向工作载荷都相等。zFF每个螺栓所受轴向工作载荷Fz——螺栓个数⑷受倾覆力矩的螺栓组联接首先，预紧力作用下，螺栓受拉，被联接件均匀受压。倾覆力矩M作用下，一边螺栓拉力、变形增加，而被联接件受力减小、变形减小；另一边螺栓拉力、变形减小，被联接件间压力、变形增大。MMMLFziii1maxmaxLLFFiiziiLMLF12maxmax由上二式得受力最大的螺栓的工作拉力为：MLFLFLFzz2211(1)(2)MM12345678变形F2F2mF1FF1mF0Fm受倾覆力矩的螺栓组受力情况PPPPmaxmaxmaxPMW另外，要求被联接件放松端不出现间隙，而压紧端又不被压溃，即：0pzFAA——接合面的有效面积W——接合面的抗弯截面系数MM0maxminPPP实际螺栓组受力为组合状况例：固定在钢制立柱上的铸铁托架复杂受力状态4种典型的受力状态分别求出在典型的受力状态下的力最后求出受力最大的螺栓及所受的力简化向量迭加螺栓组受力分析：向底板对称中心简化。轴向载荷横向载荷倾覆力矩sin1PPcos2PP21MMM总结：1.螺栓组的设计包括两部分内容：a).正确进行结构设计，通过受力分析找出受力最大的螺栓；b).按照单个螺栓联接的强度计算公式来设计这个受力最大的螺栓的尺寸，其余螺栓则按同样尺寸选用。2.设计时应正确解决的几个问题：a).螺栓组的布置，一般可参考现有设备由经验确定；也可先将总载荷分解，再按各种载荷进行分配计算，在叠加，得到总载荷在各螺栓中的分配情况；b).确定螺栓的拧紧力矩；必要时将这一结果标注到相应的图纸上；c).确定螺栓直径，据此确定螺栓其他部分尺寸，并进行精确校核，疲劳强度校核时应特别注意受力变形线图；d).注意采取适当措施提高螺栓联接强度。螺栓组受力组中各螺栓受力状况受力最大螺栓的受力备注横向载荷F∑各螺栓所受横向工作载荷相等普通螺栓铰制螺栓轴向载荷F∑各螺栓所受轴向工作载荷相等松联接以F代入强度计算紧联接转矩T普通螺栓各螺栓仅受相等的预紧力铰制螺栓各螺栓受相等预紧力及不相等横向工作载荷，受力最大的螺栓距形心最远直接以Fmax代入剪切和挤压强度计算；而预紧力仅起保证联接紧固作用倾覆力矩M各螺栓所受轴向工作载荷不相等，其中受载荷最大的螺栓距螺栓组对称轴线最远对受力最大螺栓进行强度计算而且应满足下式：zFFFKizFfS0FzhdsPminFzds24zFFFCCCFFmbb02ziiSrfTKF10ziirTrF1maxmaxPPPPmaxmax＞00maxminPPPziiLMLF12maxmax§5-6螺纹联接的强度计算1螺纹联接的失效形式和设计准则2松螺栓联接的强度计算3紧螺栓联接的强度计算潘存云教授研制1螺纹联接的失效形式和设计准则受拉螺栓轴向力作用下螺栓杆和螺纹部分发生塑性变形或断裂保证静力或疲劳拉伸强度受剪螺栓铰制孔用螺栓结合部位发生压溃或螺栓杆被剪断保证结合处的挤压强度和螺栓杆的剪切强度2松螺栓联接的强度计算（不预紧）拉伸强度条件为：d1——一般为螺栓的小径注意：螺栓的危险截面2141dFFFd41设计式为：螺栓工作之前不需拧紧，不受力。校核式d1计算出后,再按标准查选螺纹的公称直径（大径）d。粗牙普通螺纹基本尺寸3紧螺栓联接的强度计算紧螺栓联接强度计算⑴仅受预紧力的紧螺栓联接⑵受横向工作载荷的紧螺栓联接⑶同时受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接3紧螺栓联接的强度计算⑴仅受预紧力的紧螺栓联接拉伸应力（预紧力F0）扭转切应力（螺纹摩擦力矩T1）162)tg(312v01ddFITF0F0T121041dF第四强度理论：螺栓的计算应力为2102243.13.13dFcaM10～M64普通钢制螺栓τ=0.5σ设计式为：013.14Fd将所受的拉力（预紧力）增大30%以考虑扭转的影响谢谢！