單個螺栓強度計算

1、機 械 設(shè) 計,單個螺栓的強度計算,福州大學(xué)機械工程及自動化學(xué)院 姚立綱,知識回顧:,螺紋的類型,三角形、管螺紋、梯形、鋸齒形、矩形,螺紋聯(lián)接的類型,螺栓聯(lián)接（2種）,雙頭螺柱聯(lián)接,螺釘聯(lián)接,螺栓聯(lián)接的預(yù)緊與防松,預(yù)緊的目的、防松的根本問題、防松方法 ???,07年08月21日臺灣華航客機的殘骸散落在日本沖繩島的柏油馬路上，機上165名乘客已安全逃離。,負責(zé)前襟翼擺動的金屬螺帽，在降落時，因為激烈震動脫落，將后方的右主翼燃料槽打

2、破了一個2-3cm的洞。,,問題:,如何確定螺栓的個數(shù)、直徑、長度、分布、精度等級……?,今天介紹單個螺栓的強度計算。。。。,單個螺栓的強度計算,螺栓、螺釘、雙頭螺柱的強度計算相同,螺栓螺紋牙和螺母螺紋牙與螺栓桿等強度設(shè)計,實驗表明,螺栓聯(lián)接的強度計算： 確定螺紋精度等級、小徑d1,按照GB選定： 螺紋公稱直徑d及螺距P,分析思路,一、載荷分類 軸向載荷：

3、過螺栓軸心線 橫向載荷： 與螺栓軸心線垂直,普通螺栓聯(lián)接,二、失效形式靜載荷作用: 螺紋牙塑性變形、螺栓被拉斷、扭斷、縫隙 相對移動、剪斷、壓潰等,,,,,,,,,動載荷作用: 疲勞破壞，90%螺栓聯(lián)接發(fā)生疲勞破壞,三、設(shè)計準則：受拉（普通）螺栓： 保證螺栓的靜力(或疲勞)拉伸強度、扭轉(zhuǎn)強度受剪（鉸制孔）螺栓

4、 保證聯(lián)接的擠壓強度和螺栓的剪切強度,四、松螺栓聯(lián)接的強度計算,,松螺栓聯(lián)接：不受預(yù)緊力，只受工作載荷,,螺栓聯(lián)接,倫敦千年穹頂,[σ] 螺栓材料及許用應(yīng)力， （表5.8）F 工作拉力,1. 受載荷類型——軸向拉伸（工作拉力F）,2. 失效形式——螺栓拉斷（靜、疲勞）,3. 設(shè)計準則——保證螺栓拉伸強度,4. 強度條件： σ≤[σ],5. 危險截面應(yīng)力計算：,驗算式：,設(shè)計式：,6. 設(shè)計計算方法 根據(jù)d1查手冊

5、，求公稱直徑d,五、緊螺栓聯(lián)接（承受工作載荷之前已經(jīng)被預(yù)緊）,（一）只受預(yù)緊力作用的螺栓聯(lián)接,1. 受載荷形式：軸向拉伸（預(yù)緊力F0） 扭轉(zhuǎn)（摩擦力矩T1）,2. 失效形式——螺栓拉斷、扭斷,3. 設(shè)計準則——第四強度理論,4. 強度條件： σca≤[σ],拉伸應(yīng)力,扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力,近似處理（ M 10~M64螺栓）,預(yù)緊力F0作用,5. 危險截面應(yīng)力計算：,摩擦力矩T1作用,強度條件,應(yīng)

6、力合成,設(shè)計公式,由此可見，對于M10~M64普通螺紋的鋼制螺栓，在擰緊時同時承受拉伸和扭轉(zhuǎn)的聯(lián)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(yù)緊力）增大30%來考慮扭轉(zhuǎn)的影響。,1. 受載荷類型： 橫向載荷（FΣ） 預(yù)緊力（F0） 摩擦力矩（T1）,2. 失效形式： 螺栓拉斷、扭斷、滑移,3. 設(shè)計準則： 第四強度理論,

7、4. 強度條件： σca≤[σ],（二）受橫向載荷作用的普通螺栓聯(lián)接,,預(yù)緊力產(chǎn)生的摩擦力,,可能移動的趨勢,不發(fā)生滑移的條件,即：,m結(jié)合面數(shù)，ks（1.1－1.3）防滑系數(shù)，μ摩擦系數(shù)，F(xiàn)０預(yù)緊力，ＦΣ 橫向載荷。,將Ｆ０代入公式,或者,可進行驗算或者設(shè)計螺栓（保證不滑移的情況下）,當(dāng)m=1, μ=0.1, ks=1.3 時：,F０是FΣ的13倍，F(xiàn)0大，螺栓直徑大，結(jié)構(gòu)尺寸大，采用減載裝置，或者受剪螺栓聯(lián)接。,鍵、套筒、銷,鉸制

8、孔螺栓,（三）受橫向載荷作用的鉸制孔螺栓聯(lián)接,1. 受載荷類型： 橫向載荷（F）,2. 失效形式： 剪斷、壓潰,3. 設(shè)計準則： 剪切、擠壓,4. 強度條件： σp≤[σ]p τ ≤[τ],（四）受軸向載荷的螺栓連接,既受預(yù)緊力又受工作載荷,自然狀態(tài),特別注意，軸向載荷：,F2≠ F0+F,加預(yù)緊力后→螺栓受拉伸長λb,→被聯(lián)接件受壓縮短λm,加載 F

9、 后:,螺栓總伸長量增加為:,總拉力為：,被聯(lián)接件壓縮量減少為：,殘余預(yù)緊力減少為： F1,很顯然: F1<F0,λb + ?λb(=?λ),λm - ?λm (=?λ),,,,,,,,,得：,總拉力等于預(yù)緊力加部分工作載荷之和,,,,,,,相對剛度系數(shù)，書７４頁,（五）軸向變載荷作用螺栓聯(lián)接,對于受軸向變載荷作用的重要螺栓聯(lián)接，除了按上述方法作靜強度校核外，還需要對螺栓的疲勞強度作精確校核。,工作拉力在 0 ~ F 間變化，螺

10、栓總拉力在 F0 ~ F2 間變化，忽略螺紋副間的摩擦力矩，螺栓危險截面的最大拉應(yīng)力為：,最小拉應(yīng)力為：,應(yīng)力幅為：,安全系數(shù)應(yīng)滿足：,σ-1tc 螺栓材料對稱循環(huán)拉壓疲勞極限（表5－4）Ψσ 試件材料常數(shù)， 碳鋼０.1-0.2，合金鋼０.2-0.3Kσ 拉壓疲勞強度綜合影響系數(shù)　忽略加工方法影響,有效應(yīng)力集中系數(shù)，附表３－６,σa　應(yīng)力幅σmin　最小應(yīng)力值S　安全系數(shù)，表５－１０,尺寸系數(shù)，表３－７,,,受載荷