螺栓组受力分析与计算Word格式文档下载.docx

1、当支承面为倾斜表面时，应采用斜面垫圈（下图2）等。图1 凸台与沉头座的应用 图2 斜面垫圈的应用2. 螺栓组联接的受力分析1）受横向载荷的螺栓组联接2）受转矩的螺栓组联接3）.受轴向载荷的螺栓组联接4）受倾覆力矩的螺栓组联接 进行螺栓组联接受力分析的目的是，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。 为了简化计算，在分析螺栓组联接的受力时，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。下面针对几种典型的受载情况，分别加以讨论。1）受横向载荷的螺栓组联接回首部图所示为一由四个螺栓组成

2、的受横向载荷的螺栓组联接。横向载荷的作用线与螺栓轴线垂直，并通过螺栓组的对称中心。当采用螺栓杆与孔壁间留有间隙的普通螺栓联接时（图a）。靠联接预紧后在接合面间产生的摩擦力来抵抗横向载荷；当采用铰制孔用螺栓联接时（图b），靠螺栓杆受剪切和挤压来抵抗横向载荷。虽然两者的传力方式不同，但计算时可近似地认为，在横向总载荷F的作用下，各螺栓所承担的工作载荷是均等的。因此，对于铰制孔用螺栓联接，每个螺栓所受的横向工作剪力为 （5-23） 式中z为螺栓联接数目。对于普通螺栓联接，应保证联接预紧后，接合面间所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷。假设各螺栓所需要的预紧力均为Qp，螺栓数目为z，则其平衡条件为

3、 或 （5-24） 图:受横向载荷的螺栓组联接式中：f接合面间的摩擦系数，见下表；i接合面数（图中，i=2）；Ks防滑系数，Ks=1.11.3。由式（5-24）求得预紧力Qp，然后按式（5-14）校核螺栓的强度。联接接合面间的摩擦系数被联接件接合面的表面状态摩擦系数f钢或铸铁零件干燥的加工表面010-0.16有油的加工表面006-010钢结构 轧制表面，钢丝刷清理浮锈030-035涂富锌漆035-040喷砂处理045-055钢铁对砖料，混凝土或木材干燥表面040-0452）受转矩的螺栓组联接回首部如下图所示，转矩T作用在联接接合面内，在转拒T的作用下，底板将绕通过螺栓组对称中心O并与接合面相垂

4、直的轴线转动。为了防止底板转动，可以采用普通螺栓联接，也可以采用铰制孔用螺栓联接。其传力方式和受横向载荷的螺栓组联接相同。图： 受转矩的螺栓组联接 采用普通螺栓时，靠联接领紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩T。假设各螺栓的预紧程度相同，即各螺栓的预紧力均为Qp，则各螺栓联接处产生的摩擦力均相等，并假设此摩擦力集中作用在螺栓中心处。为阻止接合面发生相对转动，各摩擦力应与各该螺栓的轴线到由上式可得各螺栓所需的预紧力为 【525】 f接合面的摩擦系数，见表； ri第i个螺栓的轴线到螺栓组对称中心O的距离；z 螺栓数目； Ks 防滑系数，同前。由上式求得预紧力Qp，然后按式（514）校核螺栓的强度

5、。 采用铰制孔用螺栓时，在转矩T的作用下，各螺栓受到剪切和挤压作用，各螺栓所受的横向工作剪力和各该螺栓轴线到螺栓组对称中心O的连线（即力臂r。）相垂直（图b）。为了求得各螺栓的工作剪力的大小，计算时假定底板为刚体，受载后接合面仍保持为平面。则各螺栓的剪切变形量与各该螺栓轴线到螺栓组对称中心O的距离成正比。即距螺栓组对称中心O越远，螺栓的剪切变形量越大。如果各螺栓的剪切刚度相同，则螺栓的剪切变形量越大时，其所受的工作剪力也越大。如图b所示，用ri、rmax分别表示第i个螺栓和受力最大螺栓的轴线到螺栓组对称中心O的距离；Fi、Fmax。分别表示第i个螺栓和受力最大螺栓的工作剪力，则得 【526】

6、根据作用在底板上的力矩平衡的条件得 即. 【527】 联解式（526）及（527），可求得受力最大的螺栓的工作剪力为 【528】图所示的凸缘联轴器，是承受转矩的螺栓组联接的典型部件。各螺栓的受力根据 r1r2rz的关系以及螺栓联接的类型，分别代人式（525）或（528）即可求得。3）.受轴向载荷的螺栓组联接 回首部 下图为一受轴向总载荷F的汽缸盖螺栓组联接。F的作用线与螺栓轴线平行，并通过螺栓组的对称中心O。计算时，认为各螺栓平均受载，则每个螺栓所受的轴向工作载荷为 受轴向载荷的螺栓组联接 4）受倾覆力矩的螺栓组联接 下图a为一受倾覆力矩的底板螺栓组联接。倾覆力矩M作用在通过xx轴并垂直于联接

7、接合面的对称平面内。底板承受倾覆力矩前，由于螺栓已拧紧，螺栓受预紧力Qp，有均匀的伸长；地基在各螺栓的Qp作用下有均匀的压缩，如图b所示。当底板受到倾覆力矩作用后，它绕轴线OO倾转一个角度，假定仍保持为平面。此时，在轴线OO左侧，地基被放松，螺栓被进一步拉伸，在右侧，螺栓被放松，地基被进一步压缩。底板的受力情况如图c所示。受倾覆力矩的螺栓组联接 联接接合面材料的许用挤压应力p,可查下表。表:联接接合面材料的许用挤压应力p l）s为材料屈服权限，MPa; B为材料强度极限,MPa。2）当联接接合面的材料不同时，应按强度较弱者选取。3）联接承受载荷时，p应取表中较大值；承受变载荷时，则应取较小值计

8、算受倾覆力矩的螺栓组的强度时，首先由预紧力Qp、最大工作载荷Fmax确定受力最大的螺栓的总拉力Q,由式（518）得 【538】 然后接式（519）进行强度计算。确定螺栓直径 回首部 首先选择螺栓材料，确定其性能等级，查出其材料的屈服极限，并查出安全系数，计算出螺栓材料的许用应力= s/S。 根据以下公式计算螺纹小径d1： 最后按螺纹标准，选用螺纹公称直径。螺纹联接件的材料 适合制造螺纹联接件的材料品种很多，常用材料有低碳钢Q215、10号钢和中碳钢Q235、35、45号钢。对于承受冲击、振动或变载荷的螺纹联接件，可采用低合金钢、合金钢，如15Cr、40Cr、30CrMnsi等。对于特殊用途（如

9、防锈蚀、防磁、导电或耐高温等）的螺纹联接件，可采用特种钢或铜合金、铝合金等。表：螺栓的性能等级（摘自 GB 3098.1-82） 注:规定性能等级的螺栓、螺母在图纸中只标出性能等级，不应标出材料牌号。螺母的性能等级（摘自GB 3098.2-82） 4.校核螺栓组联接接合面的工作能力，是根据实际情况，对螺栓进行强度校核。5.校核螺栓所需的预紧力。采用公式为：碳素钢螺栓 合金钢螺栓 s螺栓材料的屈服极限；A1螺栓危险截面的面积。式（5-14）松螺纹联接强度计算拉伸强度条件为：【514】F-螺栓工作载荷，N； d1-螺栓危险截面的直径，mm； -螺栓材料的许用拉应力，MPa. 紧螺栓联接强度计算 仅

10、承受预紧力的紧螺栓联接 Qp螺栓所受预紧力，N 。 其余符号意义同前。2.承受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接拉伸强度条件为：Q螺栓总拉力，N 。 螺栓总拉力的计算： Q=Qp+Cb/（Cb+Cm）F 式中：Cb/（Cb+Cm）称为螺栓的相对刚度，一般设计时，可按下表推荐的数据选取。螺栓的相对刚度Cb/（Cb+Cm） 被联接钢板间所用垫片类别 Cb/（Cb+Cm） 金属垫片（或无垫片） 020.3 皮革垫片 07 铜皮石棉垫片 08 橡胶垫片 09 疲劳强度计算 对于受轴向变载荷的重要联接，应对螺栓的疲劳强度作精确校核，计算其最大应力计算安全系数：-1tc螺栓材料的对称循环拉压疲劳极限，MPa ，

11、 -1tc值见表试件的材料特性，即循环应力中平均应力的折算系数，对于碳素钢，=0.10.2，对于合金钢，=0.20.3；拉压疲劳强度综合影响系数，如忽略加工方法的影响，则K=k/，K此处为有效应力集中系数，见表 为尺寸系数，见附表； S 安全系数。螺纹联接件常用材料的疲劳极限（摘自GB38-76） 材料疲劳极限（MPa）-1-1tc10Q215354540Cr 160220170220220300250340320440120150120160190250240340螺纹联接的安全系数 S 受载类型静载荷变载荷松螺栓联接1.21.7紧螺栓联接受轴向及横载荷的普通不考虑预力简化计算M6M16M1

12、6M30M30M60碳钢5442.52.5212.58.58.58.512.5合金钢5.7553.43.43106.86.86.810力的计算1.21.5（Sa=2.54） 铰制孔用螺栓联接钢：Sr=2.5,Sp1.25铸铁：Sp=2.02.5Sr=3.55,Sp1.5Sp=2.53.0 承受工作剪力的紧螺栓联接 螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为 螺栓杆的剪切强度条件为 F 螺栓所受的工作剪力，N； d0 螺栓剪切面的直径（可取为螺栓孔的直径），mm； Lmin 螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，mm，设计时应使Lmin1.25d0； p螺栓或孔壁材料的许用挤压应力，MPa ； 螺栓材料的许用切应力，

13、MPa 。承受工作剪力的紧螺栓联接有效应力集中系数 材料的40060080010003.03.94.85.2尺寸系数回顶部直径d（mm）16 2024283240485664728010.810.760.710.680.630.600.570.540.520.50联接接合面材料的许用挤压应力材 料钢铸 铁混 凝 土砖（水泥浆缝）木 材2.0-3.01.5-2.02.0-4.0螺栓的性能等级（摘自GB 3098.1-82）性能等级（标记）3.64.65.65.88.89.810.912.9抗拉强度极限33042050052090010401220屈服极限1902403403004806407209401100硬度90109113134140181232269312365推荐材料低碳钢低碳钢或中碳钢中碳钢，淬火并回火中碳钢，低、中碳合金钢，淬火并回火，合金钢