螺栓连接的受力分析与验证

MAZDAE&TMazdaEngineering&TechnologyCo.,LTD1紧固部位验证MAZDAE&TMazdaEngineering&TechnologyCo.,LTD2①总布置的确认1-1突出尺寸、旋合尺寸、贴底距离、自由尺寸孔（螺钉孔）③可靠性的确认3-1螺纹加工的确认3-2螺丝强度的确认3-3极限表面压力的确定②选出必要轴力2-1外力的把握2-2必要轴力的计算2-3周方向外力的必要轴力的计算2-4轴垂直方向外力的必要轴力的计算2-5轴旋转方向外力的必要轴力的计算2-6将最小必要轴力转换为紧固力矩紧固验证项目是否松动！是否损坏！MAZDAE&TMazdaEngineering&TechnologyCo.,LTD4紧固验证断面图的参考图例MAZDAE&TMazdaEngineering&TechnologyCo.,LTD5紧固力矩和轴力的关系F=T×1000K×d紧固力矩(Nm)螺丝标呼直径(mm)力矩系数螺栓轴力(N)轴力F紧固力矩TMAZDAE&TMazdaEngineering&TechnologyCo.,LTD61.1～1.3ねじ切り安全率：010002000300040005000051015紧固力矩（Ｎ／ｍ）轴力（Ｎ）力矩系数Ｋ：0.2必要轴力安全率1.4松动破损安全率1.0轴力～紧固力矩力矩系数偏差±23.4%螺纹加工极限线MINMAXPtmin0.150.25Ptmax松动极限线1000TKdF=极限必要轴力MAZDAE&TMazdaEngineering&TechnologyCo.,LTD7转动松动・剪切载荷⇒×非常危险・扭转载荷⇒△危险・拉伸载荷⇒○基本不会松动非转动松动・磨损、弹力减弱、磨合适应、螺栓的塑性延伸、热膨胀、蠕变（creep）松动发生的条件MAZDAE&TMazdaEngineering&TechnologyCo.,LTD8验证例子Rｒ减震器底部固定处验证部位MAZDAE&TMazdaEngineering&TechnologyCo.,LTD9●轴方向的外力＝5501N（适用于接地点左右耐久载荷）●轴垂直方向的外力＝10965N（适用于上下耐久载荷）●轴旋转的外力＝15.1Nm（衬套的扭转反力）②选出必要轴力２-1外力的把握没有外力的紧固部位的讨论固定重量×5G／固定点数MAZDAE&TMazdaEngineering&TechnologyCo.,LTD10②计算必要轴力2-2必要轴力的计算1.轴方向外力所需的必要轴力2.轴垂直方向外力所需的必要轴力3.轴旋转方向外力所需的必要轴力最小必要轴力极限必要轴力不松动的必要轴力？N？N安全率1.4应用Max値？N？N？NMAZDAE&TMazdaEngineering&TechnologyCo.,LTD11轴方向载荷Wa：5501NPtmin=Wa+P’=5501+3135=8636N轴力:Ptmin②计算必要轴力２-3轴方向外力所需的必要轴力的计算轴力损失P’：3135NMAZDAE&TMazdaEngineering&TechnologyCo.,LTD12【单支撑结构】μ2：螺栓螺母的接触面的摩擦系数P：轴垂直入力载荷Ptmin=P(μ1+μ2)②必要轴力的计算2-4轴垂直方向所需必要轴力的计算μ1：被紧固物体接触面的摩擦系数被紧固物体紧固对象零件轴力:PtminMAZDAE&TMazdaEngineering&TechnologyCo.,LTD13【双支撑结构】P：轴垂直入力载荷μ1：被紧固物体接触面的摩擦系数轴力损失Ptmin=+P’P2μ1轴力:Ptmin②计算必要轴力２－4轴垂直方向所对应的必要轴力的计算紧固对象零件（支架）被紧固物体（轴衬）MAZDAE&TMazdaEngineering&TechnologyCo.,LTD14轴力损失双支撑结构的情况下损失的轴力因为原本来开间隙时轴力损失就很大51.5-49.6=1.9BRKT的Max宽度管子的最短长度最大间隙通过CAE计算出使BRKT强制位移1.9mm时的反力！结果：319.9kg⇒所以轴力能够损失319.9kg(3135N)。50.5+10500-0.4损失轴力P’②计算必要轴力2-4轴垂直方向外力对应的必要轴力的计算1.9轴力MAZDAE&TMazdaEngineering&TechnologyCo.,LTD15【双支撑结构】轴垂直入力载荷Ｐ：10965Ｎ轴力损失P’：3135N①计算必要轴力２-4轴垂直方向外力对应的必要轴力的计算Ptmin=+P’P2μ1=+3135109650.6=21410Nμ1：被紧固物体的支撑面摩擦系数MAZDAE&TMazdaEngineering&TechnologyCo.,LTD16【双支撑结构】T：入力力矩【单支撑结构】μ1：摩擦系数μ2：摩擦系数μ：摩擦系数（一般为0.15）轴衬接触面的等价摩擦直径T：入力力矩Ptmin=Tμ×di1Ptmin=T2(μ1・di1+μ2・di2)Dd②计算必要轴力２－５轴旋转方向对应的必要轴力的计算轴力螺母接触面的等价摩擦直径di1=√((D^2-d^2)/2)2(D^3-d^3)3(D^2-d^2)di2=MAZDAE&TMazdaEngineering&TechnologyCo.,LTD17【双支撑结构】μ：摩擦系数（一般为0.15）②计算必要轴力２－５轴旋转方向外力对应的必要轴力的计算Ptmin=よりTμ×di1=15.1×10000.15×12.9=7804N入力力矩T：15.1Nmdi1=√(22^2-12.2^2)√2=12.9MAZDAE&TMazdaEngineering&TechnologyCo.,LTD18②计算必要轴力2-6最小必要轴力1.轴方向外力对应的必要轴力8636N2.轴垂直方向外力对应的必要轴力21410N3.轴旋转方向外力对应的必要轴力7804N最小必要轴力不松动的必要轴力21410N29974N安全率1.4MAZDAE&TMazdaEngineering&TechnologyCo.,LTD1929974N90NmF=よりT×1000K×d最小紧固力矩最小产生轴力T=(F×K×d)/1000=(29974×0.25×12)/1000=90Nm②计算最小轴力２-6将最小轴力转化为紧固力矩MAZDAE&TMazdaEngineering&TechnologyCo.,LTD20110Nm最大紧固力矩Tmax=1.22×Tmin=1.22×90Nm=110Nm=1.221+0.101‐0.10紧固力矩控制幅度±10%的情况②计算必要轴力最大紧固力矩MAZDAE&TMazdaEngineering&TechnologyCo.,LTD21③可靠性的确认３－１螺纹加工的确认螺纹加工安全率≧1.0螺栓屈服轴力86574N最大产生轴力61111N=≒1.4≧1.0940N/mm2×92.1mm2(屈服应力)(有效断面积)最大紧固力矩为110Nm时的轴力110×10000.15×12MAZDAE&TMazdaEngineering&TechnologyCo.,LTD22紧固力引起的拉伸应力σ（N/mm2)螺栓拉伸载荷Wt2970螺丝处有效断面面积As92.1σ＝==32.2紧固力引起的剪断载荷τ（N/mm2)τ＝==273.6剪断载荷Ws25200螺丝处有效断面面积As92.1③可靠性的确认3-2螺丝强度的确认合成应力σv＝√((σ)^2+3×τ^2)=√(32.2^2+3×273.6^2)=475要是合成应力＜螺栓的屈服应力的话很安全根据475N/mm2＜940N/mm2大载荷的拉伸载荷大载荷的剪断载荷判定：ＯＫMAZDAE&TMazdaEngineering&TechnologyCo.,LTD23※若是超过极限表面压力接触面会下陷发生松动。表面压力：安全率：Ｐｔ：紧固轴力（最大产生轴力Ptmax）Wa：轴方向压缩外力（N)Ａ：接触面面积(mm2)σ：被紧固物体材料的极限表面压力(N/mm2)σy：材料的屈服点或耐力(N)※承受轴力的零件都要保证表面压力接触面面积Awasher的表面压力Innerpipe的表面压力BRKT表面压力=0.0004×σy^2+1.2561×σy-36.929σc=Pt+WaAfs=＞1.05σσc最坏偏差③可靠性的确认3-3极限表面压力的确认MAZDAE&TMazdaEngineering&TechnologyCo.,LTD24（22^2－14.2^2）π4A==221.8mm2材料耐力σy=410N/mm2より极限表面压力σ=545.3N/mm2σc==300.3N/mm261111+5501221.8fs==1.82＞1.05545.3300.3判断：ＯＫ③可靠性的确认3-3极限表面压力的确认MAZDAE&TMazdaEngineering&TechnologyCo.,LTD251.1～1.3ねじ切り安全率：00紧固力矩（Ｎ／ｍ）轴力（Ｎ）力矩系数Ｋ：0.2轴力～紧固力矩力矩系数偏差±23.4%螺纹加工极限线90110299740.150.2586574松动极限线1000TKdF=21410安全率1.4⇒OK安全率1.4⇒OKMAZDAE&TMazdaEngineering&TechnologyCo.,LTD27屈服轴力（设计条件下限）M12迁都划分为10.9的螺栓屈服轴力(N)=940×92.1=86574MAZDAE&TMazdaEngineering&TechnologyCo.,LTD28（参考）紧固力矩和轴力的关系Kf:轴力力矩系数Ks:螺丝面摩擦力矩系数Kw:接触面摩擦力矩系数d2:螺丝的有效径(mm)(≒d－0.649519×螺距)μs:螺丝面摩擦系数（0.1～0.2)μw:接触面摩擦系数(0.1～0.2)dw:等价摩擦直径(mm)K=Kf+Ks+KwKf=0.044×d22×dKs=1.155×d2×μs2×dKw=1×dw×μw2×dDd2(D^3-d^3)3(D^2-d^2)dw=通过计算算出力矩系数K的方法