螺栓組受力分析與計算

1、螺栓組受力分析與計算螺栓組聯(lián)接的設(shè)計設(shè)計步驟：1.螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計2.螺栓受力分析3.確定螺栓直徑4.校核螺栓組聯(lián)接接合面的工作能力5.校核螺栓所需的預(yù)緊力是否適宜確定螺栓的公稱直徑后，螺栓的類型，長度，精度以及相應(yīng)的螺母，墊圈等結(jié)構(gòu)尺寸，可根 據(jù)底板的厚度，螺栓在立柱上的固定方法及防松裝置等全面考慮后定出。H1.螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計螺栓組聯(lián)接結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要目的，在丁合理地確定聯(lián)接接合面的幾何形狀和螺栓的布置形式， 力求各螺栓和聯(lián)接接合面間受力均勻，便丁加工和裝配。為此，設(shè)計時應(yīng)綜合考慮以下幾方 面的問題：1聯(lián)接接合面的幾何形狀通常都設(shè)計成軸對稱的簡單幾何形狀，如圓形，環(huán)形，矩形，框形, 三角形

2、等。這樣不但便丁加工制造，而且便丁對稱布置螺栓，使螺栓組的對稱中心和聯(lián)接接 合面的形心重合，從而保證接合面受力比擬均勻。2螺栓的布置應(yīng)使各螺栓的受力合理。對丁皎制孔用螺栓聯(lián)接，不要在平行丁工作載荷的方 向上成排地布置八個以上的螺栓，以免載荷分布過丁不均。當(dāng)螺栓聯(lián)接承受彎矩或轉(zhuǎn)矩時， 應(yīng)使螺栓的位置適當(dāng)靠近聯(lián)接接合面的邊緣，以減小螺栓的受力下列圖。如果同時承受軸 向載荷和較大的橫向載荷時，應(yīng)采用銷，套筒，鍵等抗剪零件來承受橫向載荷，以減小螺栓 的預(yù)緊力及其結(jié)構(gòu)尺寸。-。令L，日1尊子ne 令,11i令口_ +I不合fit接合面受彎矩或轉(zhuǎn)矩時螺栓的布置3螺栓排列應(yīng)有合理的間距，邊距。布置螺栓時，各

3、螺栓軸線間以及螺栓軸線和機(jī)體壁間的 最小距離，應(yīng)根據(jù)扳手所需活動空間的大小來決定。扳手空間的尺寸下列圖可查閱有關(guān)標(biāo) 準(zhǔn)。對丁壓力容器等緊密性要求較高的重要聯(lián)接， 螺栓的間距t0不得大丁下表所推薦的數(shù)值扳手空間尺寸螺栓問距to注：表中d為螺紋公稱直徑。4分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目，應(yīng)取成4, 6, 8等偶數(shù)，以便在圓周上鉆孔時的分度和畫 線。同一螺栓組中螺栓的材料，直徑和長度均應(yīng)相同。5防止螺栓承受附加的彎曲載荷。除了要在結(jié)構(gòu)上設(shè)法保證載荷不偏心外，還應(yīng)在工藝上保證被聯(lián)接件，螺母和螺栓頭部的支承面平整，并與螺栓軸線相垂直。對丁在鑄，鍛件等的粗 糙外表上應(yīng)安裝螺栓時，應(yīng)制成凸臺或沉頭座下列圖1。當(dāng)

4、支承面為傾斜外表時，應(yīng)采用斜面墊圈下列圖2等。1.6*-414* 1010* 114-2020F1乳 X3W圖1凸臺與沉頭座的應(yīng)用的應(yīng)用 2.螺栓組聯(lián)接的受力分析1) .受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接2) .受轉(zhuǎn)矩的螺栓組聯(lián)接3) .受軸向載荷的螺栓組聯(lián)接4) .受傾覆力矩的螺栓組聯(lián)接進(jìn)行螺栓組聯(lián)接受力分析的目的是，根據(jù)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)和受載情況， 求出受力最大的螺 栓及其所受的力，以便進(jìn)行螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計算。為了簡化計算，在分析螺栓組聯(lián)接的受力時，假設(shè)所有螺栓的材料，直徑，長度和預(yù) 緊力均相同；螺栓組的對稱中心與聯(lián)接接合面的形心重合；受載后聯(lián)接接合面仍保持為平面 下面針對幾種典型的受載情況，分別加以討論。

5、 1).受橫向載荷的螺栓組聯(lián) 接圖所示為一由四個螺栓組成的受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接。橫向載荷的作用線與螺栓軸線垂直， 并通過螺栓組的對稱中心。當(dāng)采用螺栓桿與孔壁問留有間隙的普通螺栓聯(lián)接時(圖a)?？柯?lián)接預(yù)緊后在接合面間產(chǎn)生的摩擦力來抵抗橫向載荷；當(dāng)采用皎制孔用螺栓聯(lián)接時(圖b),靠螺栓桿受剪切和擠壓來抵抗橫向載荷。 雖然兩者的傳力方式不同，但計算時可近似地認(rèn)為，在橫向總載荷R的作用下，各螺栓所承當(dāng)?shù)墓ぷ鬏d荷是均等的。 因此，對丁皎制孔用螺栓聯(lián) 接，每個螺栓所受的橫向工作剪力為z(5-23)式中z為螺栓聯(lián)接數(shù)目圖2斜面墊圈對丁普通螺栓聯(lián)接，應(yīng)保證聯(lián)接預(yù)緊后，接合面間所產(chǎn)生的最大摩擦力必須大丁或等丁

6、橫向 載荷。假設(shè)各螺栓所需要的預(yù)緊力均為螺栓數(shù)目為z,那么其平衡條件為圖：受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接式中:f接合面間的摩擦系數(shù)，見下表;接合面數(shù)圖中，i=2 ；Ks防滑系數(shù)，Ks=1.11.3由式5-24求得預(yù)緊力Q,然后按式5冥校核螺栓的強(qiáng)度。聯(lián)接接合面間的摩擦系數(shù)被聯(lián)接件接合面的外表狀態(tài)摩擦系數(shù)f鋼或鑄鐵零件枯燥的加工外表0. 10-0.16有油的加工外表0. 06-0 . 10鋼結(jié)構(gòu)軋制外表，鋼絲刷活理浮銹0. 30-0 . 35涂富鋅漆0. 35-0 . 40噴砂處理0. 45-0 . 55鋼鐵對磚料，混凝土或木材一枯燥外表0. 40-0 . 452).受轉(zhuǎn)矩的螺栓組聯(lián) 接如下列圖所示，轉(zhuǎn)

7、矩T作用在聯(lián)接接合面內(nèi)，在轉(zhuǎn)拒T的作用下，底板將繞通過螺栓組對稱中 心。并與接合面相垂直的軸線轉(zhuǎn)動。為了防止底板轉(zhuǎn)動，可以采用普通螺栓聯(lián)接，也可以采 用皎制孔用螺栓聯(lián)接。其傳力方式和受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接相同。圖： 受轉(zhuǎn)矩的螺栓組聯(lián)接采用普通螺栓時，靠聯(lián)接領(lǐng)緊后在接合面間產(chǎn)生的摩擦力矩來抵抗轉(zhuǎn)矩T。假設(shè)各螺栓的預(yù)緊程度相同，即各螺栓的預(yù)緊力均為Qp那么各螺栓聯(lián)接處產(chǎn)生的摩擦力均相等，并 假設(shè)此摩擦力集中作用在螺栓中心處。為阻止接合面發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，各摩擦力應(yīng)與各該螺栓 的軸線到由上式可得各螺栓所需的預(yù)緊力為KTKT+r2+- + rj寸監(jiān)i=i【5 25】式中：f接合面的摩擦系數(shù)，見表;ri第i

8、個螺栓的軸線到螺栓組對稱中心 。的距離;z 螺栓數(shù)目；Ks 防滑系數(shù)，同前。由上式求得預(yù)緊力Q,然后按式514校核螺栓的強(qiáng)度。采用皎制孔用螺栓時，在轉(zhuǎn)矩T的作用下，各螺栓受到剪切和擠壓作用，各螺栓所受的橫向工作剪力和各該螺栓軸線到螺栓組對稱中心O的連線即力臂r。相垂直圖b。為了求得各螺栓的工作剪力的大小，計算時假定底板為剛體，受載后接合面仍保持為平面。那么各螺栓的剪切變形量與各該螺栓軸線到螺栓組對稱中心。的距離成正比。即距螺栓組對稱中心O越遠(yuǎn)，螺栓的剪切變形量越大。如果各螺栓的剪切剛度相同，那么螺栓的剪切變形量越 大時，其所受的工作剪力也越大。如圖b所示，用ri rmax分別表示第i個螺栓和受

9、力最大螺栓的軸線到螺栓組對稱中心 。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，那么得F 1maxrmax根據(jù)作用在底板上的力矩平衡的條件得+ + LL= T【5 27】聯(lián)解式5 26及5 27,可求得受力最大的螺栓的工作剪力為【5 26】【5 28】圖所示的凸緣聯(lián)軸器，是承受轉(zhuǎn)矩的螺栓組聯(lián)接的典型部件。各螺栓的受力根據(jù) 1=2=rz的關(guān)系以及螺栓聯(lián)接的類型，分別代人式5-25或5 28即可求得。3.受軸向載荷的螺栓組聯(lián) 接下列圖為一受軸向總載荷F勺汽缸蓋螺栓組聯(lián)接。巨；的作用線與螺栓軸線平行，并通過 螺栓組的對稱中心Ob計算時，認(rèn)為各螺栓平均受載，那么每個螺栓所受的

10、軸向工作載荷為圖：受軸向載荷的螺栓組聯(lián)接4.受傾覆力矩的螺栓組聯(lián) 接下列圖a為一受傾覆力矩的底板螺栓組聯(lián)接。 傾覆力矩M作用在通過x-x軸并垂直 丁聯(lián)接接合面的對稱平面內(nèi)。底板承受傾覆力矩前，由丁螺栓已擰緊，螺栓受預(yù)緊力Qp,有均勻的伸長；地基在各螺栓的Qp作用下.有均勻的壓縮，如圖b所示。當(dāng)?shù)装迨艿絻A覆力矩 作用后，它繞軸線O傾轉(zhuǎn)一個角度，假定仍保持為平W。此時，在軸線S O左側(cè)，地基被放松，螺栓被進(jìn)一步拉伸，在右側(cè)，螺栓被放松，地基被進(jìn)一步壓縮。底板的受力情況如 圖c所示。圖：受傾覆力矩的螺栓組聯(lián)接聯(lián)接接合面材料的許用擠壓應(yīng)力b p,可查下表。表:聯(lián)接接合面材料的許用擠壓應(yīng)力b pW *一

11、.瘴土木it1刑MF砧(0.4*03)4*20-J.01.5-2.07.Q4 Q注：1 b s為材料屈服權(quán)限，MPa; b B為材料強(qiáng)度極限，MPa2當(dāng)聯(lián)接接合面的材料不同時，應(yīng)按強(qiáng)度較弱者選取。3聯(lián)接承受載荷時，b p應(yīng)取表中較大值；承受變載荷時，那么應(yīng)取較小值計算受傾覆力矩的螺栓組的強(qiáng)度時，首先由預(yù)緊力Qp最大工作載荷Fmax確定受力最大的螺栓的總拉力Q,由式518得【5 38】然后接式519進(jìn)行強(qiáng)度計算。，確定螺栓直徑首先選擇螺栓材料，確定其性能等級,查出其材料的屈服極限，并查出平安系數(shù)，計算 出螺栓材料的許用應(yīng)力b = b s/S。根據(jù)以下公式計算螺紋小徑d1:仃b最后按螺紋標(biāo)準(zhǔn)，選用

12、螺紋公稱直徑。卜螺紋聯(lián)接件的材料適合制造螺紋聯(lián)接件的材料品種很多，常用材料有低碳鋼Q215 10號鋼和中碳鋼maxQ235 35、45號鋼。對丁承受沖擊、振動或變載荷的螺紋聯(lián)接件，可采用低合金鋼、合金鋼，如15Cr、40Cr、30CrMnsi等。對丁特殊用途如防銹蝕、防磁、導(dǎo)電或耐高溫等的螺紋聯(lián) 接件，可采用特種鋼或銅合金、鋁合金等。表：螺栓的性能等級摘自GB 3098.1-82【甘比，I.b15 It9上10.9加1袍；炊癡 :Ln!IM12M240140心MO1TJO|cim, St90IP140Itlm269112ItVltR中輯,等A#大I1中例,黃,中介,注:規(guī)定性能等級的螺栓、螺母

13、在圖紙中只標(biāo)出性能等級，不應(yīng)標(biāo)出材料牌號表：螺母的性能等級摘自GB 3098.2-82性她?峰Ri*910n我抗蠢度徑段，一成m$10拋 ！0M3f右M)001- 11-1MO400IM9iij- -切*! 中保中分金桐，?；鹁鼗饑gK校的tf靠匚(if H)i.t口 ，機(jī)皿911 *it HRC,切4.校核螺栓組聯(lián)接接合面的工作能力,是根據(jù)實(shí)際情況，對螺栓進(jìn)行強(qiáng)度校核*5.校核螺栓所需的預(yù)緊力。采用公式為:式中: 口s螺栓材料的屈服極限;碳素鋼螺栓合金鋼螺栓 0.6。.7久白尸W0.150.6實(shí)Ai螺栓危險截面的面積。式(5-14)，松螺紋聯(lián)接強(qiáng)度計算拉伸強(qiáng)度條件為：Fa = - (T 1%

14、724 d1式中：F-螺栓工作載荷，N；di-螺栓危險截面的直徑，mmb -螺栓材料的許用拉應(yīng)力,MPa.緊螺栓聯(lián)接強(qiáng)度計算 1.僅承受預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接拉伸強(qiáng)度條件為：【5 14】式中:Q一螺栓所受預(yù)緊力,N。其余符號意義同前。卜拉伸強(qiáng)度條件為:1 32 =-cb其余符號意義同前。螺栓總拉力的計算:Q=Qp+Cb/(Cb+Cm) F式中：Cb/Cb+Cm稱為螺栓的相對剛度，一般設(shè)計時，可按下表推薦的數(shù)據(jù)選取。螺栓的相對剛度Cb/Cb+Cm被聯(lián)接鋼板間所用墊片類別Cb/(Cb+Cm)金屆墊片或無墊片0. 20.3皮革墊片0. 7銅皮石棉墊片0. 8橡膠墊片0. 9，疲勞強(qiáng)度計算對丁受軸向變載荷

15、的重要聯(lián)接，應(yīng)對螺栓的疲勞強(qiáng)度作精確校核，計算其最大應(yīng)力計算平安 系數(shù)：cr一 】花 式中:螺栓材料的對稱循環(huán)拉壓疲勞極限，MPa , -itc值見表電 b試件的材料特性，即循環(huán)應(yīng)力中平均應(yīng)力的折算系數(shù)，對丁碳素鋼,=0.1 0.2，對丁合金鋼，平n=02 0.3;2.承受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓聯(lián)接式中:a 螺栓總拉力,N。2。盈+虬-電CF皿-1tc邕一拉壓疲勞強(qiáng)度綜合影響系數(shù)，如忽略加工方法的影響，那么Kb =kb仲嘰Kb此處為有效應(yīng)力集中系數(shù)，見表我為尺寸系數(shù),見附表；S平安系數(shù)。，螺紋聯(lián)接件常用材料的疲勞極限摘自GB38-7日材料疲勞極限MPa。L心_|tc10160-2201201

16、50Q215170-22012076035220-300170-22045254340190-25040。320-440240-340，螺紋聯(lián)接的平安系數(shù)S受載類型靜載荷變載荷松螺栓聯(lián)接1.2-1,7緊螺栓聯(lián)接受的軸普向通及螺橫栓向聯(lián)載接荷的簡化計算不考慮預(yù)緊力M6M16M16M30M30M60M6M16M16M30M30M60碳鋼5、442.52.52碳鋼12.5用58.58.512.5合金鋼5.7-553.43.43合金鋼10-6.86.86.8、10考力慮的預(yù)計緊算1.2-1.51.25.5&=2缶4皎制孔用螺栓聯(lián)接鋼：Sr=2.5,Sp = 1.25鑄鐵：Sp=2.0 2.5鋼

17、：Sr=3.55,Sp= 1.5鑄鐵：Sp=2.53.03.承受工作剪力的緊螺栓聯(lián)接螺栓桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度條件為螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件為PT= IT4Lmin螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度，mm設(shè)計時應(yīng)使Lmin藉1.25do；b p 螺栓或孔壁材料的許用擠壓應(yīng)力，MPa ;r螺栓材料的許用切應(yīng)力，MPa。承受工作剪力的緊螺栓聯(lián)接式中：F螺栓所受的工作剪力，N;do螺栓剪切面的直徑可取為螺栓孔的直徑， mm卜有效應(yīng)力集中系數(shù)材料的頊M玲40060080010003.03.94.85.2，尺寸系數(shù)回頂部，螺栓的性能等級摘自GB 3098.1-82 性能等級標(biāo)記3.64.64.85.6 :5.8 6.88.89.810.912.9抗拉強(qiáng)度極限叫皿MPa330400420500 520 60080090010401220直徑