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文檔簡介
機械設(shè)計大作業(yè)說明書摘要:螺栓是一種常用的連接元件,廣泛應(yīng)用工機械設(shè)備、建筑結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域。為確保螺栓連接的可靠性和安全性,螺栓強度校核是必不可少的一項工作。螺栓強度校核的目的是確定螺栓在工作載荷下是否能夠滿足設(shè)計要求,以及螺栓是否會出現(xiàn)破壞或失效的風(fēng)險。因此我們需要對危險螺栓進行應(yīng)力分析,分析其預(yù)緊狀態(tài)受力情況和擰緊后的受力狀態(tài),確保在工作載荷下零件能正常工作。關(guān)鍵詞:螺栓;三維建模;應(yīng)力分析;預(yù)緊擰緊擬采用的現(xiàn)代工具:(1)三維建模軟件:SOLIDWORKS(2)有限元分析軟件:SOLIDWORKS插件simulation設(shè)計任務(wù)如圖示,為一固定在鋼制立柱上的鑄鐵托架,已知總載荷F∑=4800N,其作用線夾角α=50。,底板高h=340mm,寬b=150mm,現(xiàn)采用4個M12ⅹ70(相關(guān)參數(shù)請參考“唐增寶《機械設(shè)計課程設(shè)計》”P95頁)的普通螺栓連接,其連接圖如下。試用計算機軟件對危險螺栓進行應(yīng)力分析,分析其預(yù)緊時的受力狀態(tài)和擰緊以后的受力狀態(tài)。獲得應(yīng)力圖,校核螺栓強度。根據(jù)題目要求: 預(yù)緊力F0≥6520N, 受載后的總拉力F2=7079N 根據(jù)底板厚度和裝配關(guān)系,螺栓尺寸如圖所示,若預(yù)緊時其螺紋間的摩擦力矩按照以下公式計算: 其中,12mm的螺栓,設(shè)計內(nèi)容第1章鑄鐵托架裝配設(shè)計固定在鋼制立柱上的鑄鐵托架,已知總載荷F∑=4800N,其作用線夾角α=50。,底板高h=340mm,寬b=150mm,現(xiàn)采用4個M12ⅹ70的普通螺栓連接。鑄鐵托架零件組成如下所示。零件及裝配圖1鋼制立柱圖2鑄鐵托架圖3載荷圖4立柱和托架裝配圖5托架和載荷裝配1圖6托架和載荷裝配2第2章參數(shù)設(shè)計根據(jù)題目要求,采用4個M12×70的普通螺栓連接,其中,d2.1邊界條件圖7定義材料圖8邊界條件總表圖9立柱和螺栓螺紋面接合圖10立柱和螺栓非螺紋面相觸圖11托架立柱相觸圖12托架和載荷相觸圖13固定鋼制立柱圖14施加載荷圖15施加預(yù)緊力第3章應(yīng)力分析僅承受預(yù)緊力的緊螺栓連接緊螺栓連接裝配時,螺母需要擰緊,在擰緊力矩作用下,螺栓除受預(yù)緊力F0的拉伸而產(chǎn)生拉伸應(yīng)力外,還受螺紋摩擦力矩T1,此時螺旋副之間力矩為T1=F0d22圖16螺栓受力數(shù)據(jù)如圖7所示,考慮預(yù)緊力即預(yù)緊狀態(tài)下的總拉力為6688N,托架螺栓在我們有限元校核之后,得出了軸心力為6688N。3.1擰緊狀態(tài)圖17擰緊狀態(tài)下螺栓整體云圖圖18擰緊狀態(tài)下受力最大螺栓云圖圖17、18為擰緊狀態(tài)下(不考慮預(yù)緊力)對托架螺栓的靜應(yīng)力分析。由有限元分析可以得出,預(yù)緊狀態(tài)下,四顆螺栓中最大應(yīng)力發(fā)生在上面兩個螺栓,位于螺栓頭附近的圓柱側(cè)面,為94.62Mpa。3.2預(yù)緊狀態(tài)圖19預(yù)緊狀態(tài)下螺栓整體云圖圖20預(yù)緊狀態(tài)下受力最大螺栓云圖圖19、20為預(yù)緊狀態(tài)下(不考慮預(yù)緊力)對托架螺栓的靜應(yīng)力分析。由有限元分析可以得出,預(yù)緊狀態(tài)下,四顆螺栓中最大應(yīng)力發(fā)生在上面兩個螺栓,位于螺栓頭附近的圓柱側(cè)面,為94.65Mpa。3.3總結(jié) 通過SolidWorks對鋼制立柱、鑄鐵托架和M12×70螺栓進行建模和靜力學(xué)有限元分析,得出在不考慮預(yù)緊力和考慮預(yù)緊力,也就是擰緊和預(yù)緊兩種狀態(tài)下螺栓所受最大應(yīng)力分別為94.62MPa和94.65MPa,均小于許用應(yīng)力(4.8級螺栓的屈服極限為320MPa,許用應(yīng)力為400MPa),故符合要求。第4章螺栓強度校核根據(jù)題目要求,預(yù)緊力F0≥6520N,受載后的總拉力F2=7079N。我們測得數(shù)據(jù)為F2=6688N。螺栓受力分析在總載荷F1軸向力(F1的水平分力FFh=sinα=4800N×橫向力(F1的垂直分力FFv=F1cosα=4800N傾覆力矩(順時料方向)M=Fh×160+Fv×150=1051070N在軸向力F,的作用下,各螺栓所受的工作拉力為Fa在傾覆力矩M的作用下,上面兩螺栓受到加載作用,而下面兩螺栓受到減載作用,故上面的螺栓受力較大,所受的載荷按Fmax=Fmax=M故上面的螺栓所受的軸向工作載荷為F=Fa+F4)在橫向力Fvf(zF0-CmCb+CmFh我們在此題中的預(yù)緊力F0≥6520N,受載后總力5)上面每個螺栓所受的總拉力F按式(5-35)求得:-F=6520N+0.2×2796N=7079N6)確定螺栓直徑我們選擇性能等級為4.6的螺栓,由表查得材料屈服極限s=240MPa,由表查得安全系數(shù)S=1.5,故螺栓材料的許用應(yīng)力[σ]MPa=160MPa根據(jù)d1≥4d1≥4×F2按粗牙普通螺紋標(biāo)準(zhǔn)(GB/T196-2003),選用螺紋公稱直徑d=12mm(螺紋小徑d=10.106mm>8.6mm)。7)校核螺栓組連接接合面的工作能力1、連接接合面下端的擠壓應(yīng)力不超過許用值,以防止接合面壓碎。根據(jù)式σbsmin≈σbsmin=1A(zF0-CmCb+CmF由表查得[σ]=0.50σB=0.5×250MPa=125MPa>1.7連接接合面上端應(yīng)保持一定的殘余預(yù)緊力,以防止托架受力時接合面間產(chǎn)生間隙,即σbsmin>0σbsmin=1A(zF0-C故接合面上端受壓最小處不會產(chǎn)生間隙。8)校核螺栓所需的預(yù)緊力是否合適,對碳鋼螺栓,要求F0≤(0.6~0.7)已知σs=240MPa,A1=840.6σsA1=0.6×240×84要求的預(yù)緊力F=6520N,小于上值,故滿足要求。小結(jié)這次大作業(yè)主要是對螺栓有限元的分析,起初討論時因為學(xué)習(xí)過CAD程序設(shè)計,所以我們首先想到的是用CAD進行繪圖然后進行三維建模,但是在實踐中遇到了一些問題,從而改
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