可靠性工程12-13螺栓可靠性設(shè)計(jì)-yjg課件

第六章

典型機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)

-----螺栓可靠度的等級

根據(jù)零部件的重要程度將可靠度分為6個(gè)等級，隨著等級的提高，可靠度也應(yīng)逐步提高。可靠度的等級

考慮到故障所產(chǎn)生的后果嚴(yán)重的程度也常將故障后果作為判別標(biāo)準(zhǔn)來確定可靠度。1受軸向靜拉伸載荷螺栓聯(lián)接的可靠性設(shè)計(jì)松聯(lián)接螺栓（只受軸向靜拉伸而沒有預(yù)緊力）受軸向靜拉伸載荷的螺栓聯(lián)接可分為兩種類型（緊螺栓聯(lián)接副）既受預(yù)緊力又承受軸向力1.1松聯(lián)接螺栓的可靠性設(shè)計(jì)只承受軸向靜拉伸而無預(yù)緊力，設(shè)拉應(yīng)力沿橫截面均勻分布，失效模式為螺紋部分的塑性變形和斷裂。可靠性設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則：可靠性設(shè)計(jì)內(nèi)容：在已知軸向靜拉伸載荷，螺栓材質(zhì)和應(yīng)達(dá)到的可靠性指標(biāo)條件下，確定螺栓的直徑與公差，求取可靠度對螺栓幾何尺寸變化的敏感度。1.1松聯(lián)接螺栓的可靠性設(shè)計(jì)設(shè)該螺栓聯(lián)接在工作中僅受拉力F。則常規(guī)設(shè)計(jì)中計(jì)算螺紋直徑的條件為1.1松聯(lián)接螺栓的可靠性設(shè)計(jì)螺栓材料強(qiáng)度也近似服從正態(tài)分布例題：已知松螺栓聯(lián)接的載荷為：()=(26700,900)N,材料為40Cr，強(qiáng)度極限為：()=(900,72)MPa.從經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，在保用期內(nèi)，10000個(gè)螺栓只允許更換13個(gè)，設(shè)計(jì)此螺栓。1.1松聯(lián)接螺栓的可靠性設(shè)計(jì)

=34013/Vdc=0.001σs=1147/R(t)=1-13/10000=0.9987ZR=31.1松聯(lián)接螺栓的可靠性設(shè)計(jì)常規(guī)方法[σ]為許用應(yīng)力安全系數(shù)n=3.86對于40Cr，σs

=750[σ]=194.3MPad=13.22選擇外徑16mm，內(nèi)徑13.835mm1.1松聯(lián)接螺栓的可靠性設(shè)計(jì)1.2緊螺栓聯(lián)接副的可靠性設(shè)計(jì)

緊螺栓聯(lián)接副中的基本載荷也為軸向拉力，但包括了在工作載荷作用前螺栓擰緊時(shí)就已存在的預(yù)緊力。螺栓聯(lián)接副構(gòu)成一個(gè)超靜定系統(tǒng)，載荷在各構(gòu)件中的分配取決于聯(lián)接副的變形協(xié)調(diào)條件，即與聯(lián)接副各構(gòu)件間的柔度比有關(guān)。螺栓聯(lián)接副受力和變形關(guān)系螺栓總載荷：螺栓聯(lián)接副相對剛度：

1.2緊螺栓聯(lián)接副的可靠性設(shè)計(jì)1.2緊螺栓聯(lián)接副的可靠性設(shè)計(jì)1.2緊螺栓聯(lián)接副的可靠性設(shè)計(jì)幾種典型的加載方式下的x值計(jì)算公式

1.2緊螺栓聯(lián)接副的可靠性設(shè)計(jì)-緊螺栓聯(lián)接副受力分析1.2緊螺栓聯(lián)接副的可靠性設(shè)計(jì)-緊螺栓聯(lián)接副受力分析1.2緊螺栓聯(lián)接副的可靠性設(shè)計(jì)-緊螺栓聯(lián)接副受力分析1.2緊螺栓聯(lián)接副的可靠性設(shè)計(jì)螺栓承受扭矩應(yīng)力拉、扭復(fù)合應(yīng)力為1.2緊螺栓聯(lián)接副的可靠性設(shè)計(jì)-緊螺栓聯(lián)接副受力分析---可靠性設(shè)計(jì)步驟1.2緊螺栓聯(lián)接副的可靠性設(shè)計(jì)---可靠性設(shè)計(jì)步驟1.2緊螺栓聯(lián)接副的可靠性設(shè)計(jì)---可靠性設(shè)計(jì)步驟1.2緊螺栓聯(lián)接副的可靠性設(shè)計(jì)

Example（設(shè)計(jì)采用M16螺栓）ExampleExample(continued)Example(continued)Example(continued)Example(continued)Example(continued)Example(continued)2軸向變載荷緊螺栓聯(lián)接的可靠性設(shè)計(jì)螺栓承受預(yù)緊力和軸變載荷時(shí)螺栓的失效形式主要是疲勞斷裂，危險(xiǎn)部位則是幾個(gè)應(yīng)力集中的區(qū)域：（1）與螺母結(jié)合的第一個(gè)螺紋根部；（2）螺栓頭與螺栓的過渡區(qū)；（3）螺紋與光桿的過渡區(qū)螺栓的疲勞壽命服從對數(shù)正態(tài)分布，疲勞極限應(yīng)力幅值可用下式確定：2軸向變載荷緊螺栓聯(lián)接的可靠性設(shè)計(jì)2軸向變載荷緊螺栓聯(lián)接的可靠性設(shè)計(jì)常用螺栓材料的疲勞極限2軸向變載荷緊螺栓聯(lián)接的可靠性設(shè)計(jì)尺寸系數(shù)有效應(yīng)力集中系數(shù)極限應(yīng)力幅的變異系數(shù)為：

對滾壓螺紋=0.08～0.09

對切削螺紋=0.11～0.132軸向變載荷緊螺栓聯(lián)接的可靠性設(shè)計(jì)根據(jù)緊螺栓的受力模型，當(dāng)外加工作載荷從0變化到而交變，則在螺栓上發(fā)生的拉力變化為從到之間交變。螺栓所承受的平均拉力:拉力幅:

2軸向變載荷緊螺栓聯(lián)接的可靠性設(shè)計(jì)螺栓承受的平均拉應(yīng)力和應(yīng)力幅度分別為2軸向變載荷緊螺栓聯(lián)接的可靠性設(shè)計(jì)

對于隨軸向變載荷螺栓聯(lián)接副的螺栓在工作時(shí)，螺栓截面上所作用的是非對稱循環(huán)的交變應(yīng)力。用疲勞極限因素分析其應(yīng)力和安全裕量可靠性安全系數(shù)：服從對數(shù)正態(tài)分布的聯(lián)結(jié)系數(shù)2軸向變載荷緊螺栓聯(lián)接的可靠性設(shè)計(jì)ExampleExample(continued)Example(continued)3靜載荷受剪螺栓聯(lián)接的可靠性設(shè)計(jì)受剪螺栓聯(lián)接，通常不計(jì)預(yù)緊力和被聯(lián)接件之間摩擦力。其失效模式：被聯(lián)接件接合面處的螺桿被剪斷螺桿部分被聯(lián)接件孔壁間的擠壓損傷。設(shè)計(jì)變量均被認(rèn)為是服從正態(tài)分布的隨機(jī)變量。3靜載荷受剪螺栓聯(lián)接的可靠性設(shè)計(jì)螺栓受剪切失效單個(gè)螺桿上所受的剪切應(yīng)力為：其均值為變異系數(shù)受剪螺栓強(qiáng)度按抗剪屈服強(qiáng)度受剪螺栓強(qiáng)度變異系數(shù)按材料參數(shù)表取。根據(jù)剪應(yīng)力的強(qiáng)度分布和應(yīng)力分布建立聯(lián)結(jié)方程，得到相應(yīng)的聯(lián)接系數(shù)和可靠度可靠性設(shè)計(jì)步驟3靜載荷受剪螺栓聯(lián)接的可靠性設(shè)計(jì)螺栓受擠壓失效擠壓應(yīng)力為當(dāng)h為常量時(shí)

；根據(jù)載荷情況而定。抗擠壓強(qiáng)度，一般為材料抗拉強(qiáng)度的50%；根據(jù)剪應(yīng)力的強(qiáng)度分布和應(yīng)力分布建立聯(lián)結(jié)方程，得到相應(yīng)的聯(lián)接系數(shù)和可靠度3靜載荷受剪螺栓聯(lián)接的可靠性設(shè)計(jì)4變載荷抗剪螺栓聯(lián)接的可靠性設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算方法與前述基本一致。根據(jù)載荷的交變情況求取剪應(yīng)力幅和變異系數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)差，然后根據(jù)材料確定抗交變剪應(yīng)力強(qiáng)度和標(biāo)準(zhǔn)差。最后通過聯(lián)結(jié)方程得到聯(lián)結(jié)系數(shù)和可靠度。5提高螺栓強(qiáng)度和可靠度的措施螺栓設(shè)計(jì)中要提高強(qiáng)度和可靠度，應(yīng)從以下幾方面改進(jìn)：增大螺紋根部的圓角半徑和增大螺桿與螺栓頭的過渡圓角半徑改變螺母結(jié)構(gòu)型式，使載荷在螺母中分布得更為均勻螺母與被聯(lián)接件之間增加彈性墊片，使螺栓柔度增大將螺桿的無螺紋部分直徑適當(dāng)減少，增加螺栓柔度有定位圓柱和錐形