機械及機械零件設計概要-資料下載頁

　　

【正文】 ri—— 第 i個螺栓的軸線到螺栓組對稱中心 O的距離； z—— 螺栓數目； ks—— 防滑系數，同前。b)緊配 當采用緊配螺栓時，在轉矩 T的作用下，各螺栓受到剪切和擠壓作用，則各螺栓的剪切變形量與各該螺栓軸線到螺栓組對稱中心 O的距離成正比。即距螺栓組對稱中心 O越遠，螺栓的剪切變形量越大，其所受的工作剪力也越大。 如圖所示，用 ri、 rmax分別表示第 i個螺栓和受力最大螺栓的軸線到螺栓組對稱中心 O的距離； Fi、 Fmax分別表示第 i個螺栓和受力最大螺栓的工作剪力，則得：上式可變形為：根據作用在底板上的力矩平衡的條件得：把 代入聯解以上兩式，可求得受力最大的螺栓的工作剪力為：受傾覆力矩 M機架地基M 在 M的作用下，軸線左邊的螺栓將受到工作拉力 F，而軸線右邊的螺栓的預緊力將減小。根據底板的靜力平衡條件有：根據螺栓的變形協調條件得知，各螺栓的工作拉力也與這個距離成正比，于是有：各螺栓的工作拉力即可通過聯立以上兩式求出。在圖中左邊距底板翻轉軸線最遠的螺栓 1和 10的工作拉力最大，為： 一般來說，其他型式的螺栓受力也可這樣分析，其中有些還是上述四種的特例或組合。總 結螺栓組 單個螺栓軸向 —— 軸向力松配： —— 軸向力 Qp緊配： —— 橫向力（假定每個螺栓所受力相同）松配： —— 軸向力 Qp緊配： —— 橫向力（單個螺栓所受力是不等的）（ rmax）軸向力橫向力橫向 ——轉矩 ——對于單個螺栓來講只受兩個方向的載荷傾覆力矩 —— 軸向力（ rmax）翻轉半徑最大的地方 。例題 1 平行，均勻分布?F支架 吊環解：例題 2 某鋼制吊架用螺栓組固定在水平鋼梁上，螺栓組由四個普通螺栓組成。吊 架FQFQMr1r2r3r2解：找中心線，向中心簡化，向聯接中心平移。有兩種基本外載荷：軸向力和傾覆力矩，在傾覆力矩作用下，一邊受拉，另一邊受力減小，力臂最大處，載荷最大。例題 3 螺栓組聯接的的三種方案如圖示，試問哪個方案較好？哪種螺栓布局更合理？RR Raaaa r=aF1F2F1F2RF1TF1F2F1 解： (1) a）松配b）緊配F1F2F1F2 RT（ 2）第二種方案 半徑為 aRF1F2F1F2Fmax（ 3）第三種半徑為 a，最合理。同時由三個螺栓來承受轉矩 T，每個螺栓F2。F2是有兩個螺栓起作用。用平行四邊形法則，預緊力小。a) 緊配橫向力比第一種小，要合理一些，所用的螺栓直徑很小。例題 4 試分析圖示電動機螺栓聯接中受哪幾種基本載荷？RVHHVMHVVMVHHT解：左、右翻，前、后翻。同時受橫向、軸向、轉矩和翻轉力矩的作用。七、失效分析、計算準則軸向、橫向載荷 —— 無論受何種形式；受軸向載荷：斷裂、塑性變形受橫向載荷：剪斷、壓潰斷裂剪斷壓潰失效計算準則對單個螺栓聯接而言，其受力的形式不外乎是受軸向力或受橫向力。 對于受拉螺栓，其主要破壞形式是螺栓桿螺紋部分發生斷裂，因而其設計準則是保證螺栓的靜力拉伸強度；對于受剪螺栓，其主要破壞形式是螺栓桿和孔壁間壓潰或螺栓桿被剪斷，其設計準則是保證聯接的擠壓強度和螺栓的剪切強度。八、單個螺栓的受力分析受軸向載荷a)松螺栓聯接 松螺栓聯接裝配時，螺母不需要擰緊。在承受工作載荷之前，螺栓不受力。例如起重吊鉤等的螺紋連接均屬此類。圖 918起重吊鉤的松螺栓聯接書 P214 現以起重吊鉤的螺紋聯接為例，說明松螺栓聯接的強度計算方法。如圖 918所示，當聯接承受工作載荷 F時，螺栓所受的工作拉力為 F，則螺栓危險截面的拉伸強度條件為：F??（拉應力）或式中： d1—— 螺栓危險截面的直徑， mm； [?]—— 螺栓材料的許用應力， Mpa；b)只受預緊力 緊螺栓聯接裝配時，螺母需要擰緊，在擰緊力矩作用下，螺栓除受預緊力 Qp的拉伸而產生拉伸應力外，還受螺紋摩擦力矩 T1的扭轉而產生扭轉剪應力，使螺栓處于拉伸與扭轉的復合應力狀態下。螺栓危險截面的拉伸應力為：螺栓危險截面的扭轉剪應力為：把參數代入上式后可得：根據第四強度理論，求出螺栓預緊狀態下的計算應力為：由此可得： 由此可見，緊螺栓聯接在擰緊時雖是同時承受拉伸和扭轉的聯合作用，但在計算時，可以只按拉伸強度計算，并將所受的拉力（預緊力）增大 30%來考慮扭轉的影響。C）受預緊力和軸向外載Qp 和 FQ=?Qp+F工作載荷PF? 這種緊螺栓聯接承受軸向拉伸工作載荷后，由于螺栓和被聯接件的彈性變形，螺栓所受的總拉力并不等于預緊力和工作拉力之和。應從分析螺栓聯接的受力和變形的關系入手，找出螺栓總拉力的大小。 圖 919表示單個螺栓聯接在承受軸向拉伸載荷前后的受力及變形情況。Qp Qp’?m?b ??b??mQp Qp’F 圖 919a是螺母剛好擰到和被聯接件相接觸，但尚未擰緊。此時，螺栓和被聯接件都不受力，因而也不產生變形。 圖 919b是螺母已擰緊，但尚未承受工作載荷。此時，螺栓受預緊力 Qp的拉伸作用，其伸長量為 ?b。相反，被聯接件則在 Qp的壓縮作用下，其壓縮量為 ?m。 圖 919c是承受工作載荷時的情況。當螺栓承受工作載荷后，因所受的拉力由 Qp增至 Q而繼續伸長，其伸長量增加 ??，總伸長量為?b+??。與此同時，原來被壓縮的被聯接件，因螺栓伸長而被放松，其壓縮量也隨著減小。根據聯接的變形協調條件，則被聯接件壓縮變形的減小量應等于螺栓拉伸變形的增加量 ??。因而，總壓縮量為?m?=?m－ ??。而被聯接件的壓縮力由 Qp減至 Qp?。 Qp?稱為殘余預緊力。 顯然，聯接受載后，由于預緊力的變化，螺栓的總拉力 Q并不等于預緊力 Qp與工作拉力 F之和，而等于殘余預緊力 Qp?與工作拉力 F之和。 上述的螺栓和被聯接件的受力和變形關系，還可以用線圖表示。圖 920a、 b分別表示螺栓和被聯接件的受力與變形的關系。由圖可見，在聯接尚未承受工作拉力 F時，螺栓的拉力和被聯接件的壓縮力都等于預緊力 Qp。因此，為分析上的方便，可將圖 920a、 b，合并成圖 920c。力變形Qp?b?b力變形Qp?m?m 如圖 920d所示，當聯接承受工作載荷 F時，螺栓的總拉力為 Q，相應的總伸長量 ?b+??；被聯接件的壓縮力等于殘余預緊力 Qp?，相應的總壓縮量為 ?m?=?m－ ??。由圖可見，螺栓的總拉力 Q等于殘余預緊力 Qp?與工作拉力 F之和，即：力變形Qp?b?b?m?m??QFQp??F1?F2圖 920單個螺栓聯接受力變形線圖 螺栓的預緊力 Qp與殘余預緊力 Qp?、總拉力 Q的關系，可由圖 920中的幾何關系推出。由圖 920可得：式中 Cb、 Cm分別表示螺栓和被聯接件的剛度。由圖 920d得，螺栓的總拉力為：螺栓的殘余預緊力為： 為了保證聯接的緊密性，以防止聯接受載后結合面間產生縫隙，應使 Qp?0。推薦采用 Qp?為：對于有密封性要求的聯接： Qp?=（ ～ ） F；對于一般聯接，工作載荷穩定： Qp?=（ ～ ） F；工作載荷不穩定時： Qp?=（ ～ ） F；對于地腳螺栓聯接： Qp? ? F； 設計時，可先根據連接的受載情況，求出螺栓的工作拉力 F；再根據聯接的工作要求選取 Qp?值；然后按式（ 912）計算螺栓的總拉力 Q。求得 Q值后即可進行螺栓強度計算。考慮到螺栓在總拉力 Q的作用下；可能需要補充擰緊，故仿前將總拉力增加 30%以考慮扭轉剪應力的影響。于是螺栓危險截面的拉伸強度條件為： 螺栓總拉力為： Q——補充擰緊產生的螺紋摩擦力矩為： T1——Qp下 ——Q下 ——這兩個不一樣按照第四強度理論：或例題 91： P219 圖 923 圖 923所示鋼制搭接梁用 8個螺栓（每側 4個）連接起來。梁的厚度為 25mm，搭板厚度為 15mm，梁上的橫向靜載荷 F∑=40kN， 梁與搭板接合面之間的摩擦因數 f=，取過載系數 Kf=，裝配時不控制預緊力，試分別按鋼制普通螺栓連接和鋼制鉸制孔用螺栓連接設計此連接，并確定連接件的規格。習題：第四章 螺紋零件一、選擇題承受預緊力 F?的緊螺栓聯接在受工作拉力 F時，剩余預緊力為 F??，其螺栓所受的總拉力 F0為 。（ 1） ； （ 2） ； （ 3） ；（ 4） ；9 承受橫向載荷或旋轉力矩的緊螺栓聯接，該聯接中的螺栓 。（ 1）受剪切作用；（ 2）受拉伸作用；（ 3）受剪切和拉伸作用；（4）既可能受剪切又可能受拉伸作用；24現有一單個螺栓聯接，要求被聯接件的結合面不分離，假定螺栓的剛度 Cb與被聯接的剛度 Cm相等，聯接的預緊力為 F?，現開始對聯接施加軸向載荷，當外載荷達到與預緊力 F?的大小相等時，則 。（ 1）被聯接件發生分離，聯結失效；（ 2）被聯接件即將發生分離，聯接不可靠；（ 3）聯接可靠，但不能再繼續加載；（ 4）聯接可靠，只要螺栓強度足夠，外載荷 F還可繼續增加到接近預緊力 F?的兩倍；1在下列四種具有相同公稱直徑和螺距并采用相同的配對材料的傳動螺旋副中，傳動效率最高的是 。（ 1）單線矩形螺紋；（ 2）單線梯形螺紋；；（ 3）雙線矩形螺紋；（ 4）雙線鋸齒形螺紋；1被聯接件受橫向載荷作用時，若采用一組普通螺栓聯接，則載荷靠 來傳遞。（ 1）結合面之間的摩擦力；（ 2）螺栓的剪切和擠壓；（ 3）螺栓的剪切和被聯接件的擠壓；4311設計螺栓組聯接時，雖然每個螺栓的受力不一定相等，但對該組螺栓仍均采用相同的材料、直徑和長度，這主要是為了 。（ 1）外形美觀；（ 2）購買方便；（ 3）便于加工和安裝；1確定緊螺栓聯接中拉伸和扭轉復合載荷作用下的當量應力時，通常是按 來進行計算的。（ 1）第一強度理論；（ 2）第二強度理論；（ 3）第三強度理論；（4）第四強度理論；1當采用鉸制孔用螺栓聯接承受橫向載荷時，螺栓桿受到 作用。（ 1）彎曲和擠壓；（ 2）拉伸和剪切；（ 3）剪切和擠壓；（ 4）扭轉和彎曲；343八、單個螺栓的受力分析受軸向力a)松螺栓：b)只受預緊力 Qpc)Qp和 F（受預緊力和軸向外載） 對于受軸向變載荷的重要聯接，除作靜強度計算外，還應根據下述方法，對螺栓的疲勞強度作精確校核。力變形Qp?b?b?m?m??QFQp?0～ F螺栓中總拉力的變化螺栓工作拉力的變化圖 517承受軸向變載荷的螺栓聯接 如圖 921所示，當工作拉力在 0～ F之間變化時，螺栓所受的總拉力將在 Qp～ Q之間變化，則螺栓危險剖面的最大拉應力為：?0/2045? 45??a?mA?D?G?C45?試件零件?1?1/K?(?0/2,?0/2)(?0/2,?0/2K?) r=C?m=C?min=C0?a?mADGCMNM3180。N3180。I45??minM?minN最小拉應力（注意此時螺栓中的應力變化規律是 ?min保持不變）為：應力幅為： 設螺栓的工作應力點在 OJGI區域內，則其應力線應與極限應力線 AG相交，則可仿下式校核螺栓危險截面的疲勞強度。即：螺栓的最大應力計算安全系數為：R Lmind0圖 922承受橫向力的緊螺栓聯接受橫向力 這種聯接是利用配合螺栓抗剪來承受載荷 R的。螺栓與孔壁之間無間隙，接觸表面受擠壓；在聯接結合面處，螺栓桿受剪切。因此，應分別按擠壓及剪切強度條件計算。螺栓