上次课复习螺栓强度计算.
- 格式:doc
- 大小:73.50 KB
- 文档页数:3
螺栓强度计算方法详解螺栓强度计算方法详解((附公式附公式))
螺栓强度计算是利用公式对螺栓连接强度进行有效计算,确定螺栓的受力状况。
不同的螺栓强度计算的方法和公式也不相同。
下面,世界泵阀网为大家汇总螺栓强度计算方法公式。
以供学习参考。
螺栓强度计算,主要是根据联接的类型、联接的装配情况(是否预紧)和受载状态等条件,确定螺栓的受力;然后按相应的强度条件计算螺栓危险截面的直径(螺纹小径)或校核其强度。
螺栓强度计算:
承载力=强度 x 面积;
螺栓有螺纹,以M24螺栓为例,其横截面面积不是24直径的圆面积,而是353平方毫米,称之为有效面积。
普通螺栓C 级(4.6和4.8级)抗拉强度是170N/平方毫米。
那么承载力就是:170x353=60010N 。
换算一下,1吨相当于1000KG ,相当于10000N ,那么M24螺栓也就是可以承受约6吨的拉力。
紧螺栓强度校核与设计计算式:
松螺栓强度计算:
危险截面拉伸强度条件为:
d1——螺纹小径,mm; F——螺栓承受的轴向工作载荷,N:;[σ]——松螺栓联接的许用应力,N/m㎡。
15.2.1 单个螺栓连接的强度计算螺纹连接根据载荷性质不同,其失效形式也不同:受静载荷螺栓的失效多为螺纹部分的塑性变形或螺栓被拉断;受变载荷螺栓的失效多为螺栓的疲劳断裂;对于受横向载荷的铰制孔用螺栓连接,其失效形式主要为螺栓杆剪断,栓杆或被连接件孔接触表面挤压破坏;如果螺纹精度低或连接时常装拆,很可能发生滑扣现象。
螺栓与螺母的螺纹牙及其他各部分尺寸是根据等强度原则及使用经验规定的。
采用标准件时,这些部,然后按照标准选定螺纹公称直分都不需要进行强度计算。
所以,螺栓连接的计算主要是确定螺纹小径d1径(大径)d,以及螺母和垫圈等连接零件的尺寸。
1. 受拉松螺栓连接强度计算松螺栓连接装配时不需要把螺母拧紧,在承受工作载荷前,除有关零件的自重(自重一般很小,强度计算时可略去。
)外,连接并不受力。
图15.3所示吊钩尾部的连接是其应用实例。
当螺栓承受轴向工作载荷 F (N)时,其强度条件为(15-6)(15-7)或——螺纹小径,mm;式中: d1[σ]——松连接螺栓的许用拉应力,Mpa。
见表15.6。
图15.32.受拉紧螺栓连接的强度计算根所受拉力不同,紧螺栓连接可分为只受预紧力、受预紧力和静工作拉力及受预紧力和变工作拉力三。
①只受预紧力的紧螺栓连接右图为靠摩擦传递横向力F 的受拉螺栓连接,拧紧螺母后,这时栓杆除受预紧力F`引起的拉应力σ=4 F` /π2 d1外,还受到螺纹力矩T1引起的扭转切应力:对于螺栓故螺栓或式②受预紧力和工作载荷的紧螺栓连接。
图15.5所示压力容器螺栓连接是受预紧力和轴向工作载荷的典型实例。
这种连接拧紧后螺栓受预紧力F`,工作时还受到。
螺栓强度计算螺栓联接的强度计算,主要是根据联接的类型、联接的装配情况(是否预紧)和受载状态等条件,确定螺栓的受力;然后按相应的强度条件计算螺栓危险截面的直径(螺纹小径)或校核其强度。
3.4.1 普通螺栓联接的强度计算 1.松螺栓联接松螺栓联接松螺栓联接在装配时不需要把螺母拧紧,在承受工作载荷之前螺栓并不受力,所以螺栓所受到的工作拉力就是工作载荷 F,故螺栓危险截面拉伸强度条件为:设计公式:——螺纹小径,mm;F——螺栓承受的轴向工作载荷,N;[σ]——松螺栓联接的许用应力,N/ ,许用应力及安全系数见表 3-4-1。
2.紧螺栓联接紧螺栓联接紧螺栓联接有预紧力F′,按所受工作载荷的方向分为两种情况:(1)受横向工作载荷的紧螺栓联接受横向工作载荷的紧螺栓联接普通螺栓联接铰制孔用螺栓(a)普通螺栓联接普通螺栓联接:左图为通螺栓联接,被联接件承受垂直于轴线的横向载荷。
因螺栓普通螺栓联接杆与螺栓孔间有间隙,故螺纹不直接承受横向载荷,而是预先拧紧螺栓,使被联接零件表面间产生压力,从而使被联接件接合面间产生的摩擦力来承受横向载荷。
如摩擦力之总和大于或等于横向载荷,被联接件间不会相互滑移,故可达到联接的目的。
(b)铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓:承受横向载荷时,不仅可采用普通螺栓联接,也可采用铰制孔用螺铰制孔用螺栓栓联接。
此时,螺栓孔为铰制孔,与螺栓杆(直径处)之间为过渡配合,螺栓杆直接承受剪切,如上图所示。
在受横向载荷的铰制孔螺栓联接中,载荷是靠螺杆的剪切以及螺杆和被联接件间的挤压来传递的。
这种联接的失效形式有两种:螺杆受剪面的塑性变形或剪断;① ② 螺杆与被联接件中较弱者的挤压面被压溃。
故需同时验算其挤压强度和剪切强度条件:剪切强度条件:挤压强度条件:(2)受轴向工作载荷的紧螺栓联接受轴向工作载荷的紧螺栓联接现实生活中,螺栓所受外载荷与螺栓轴线平行的情况很多,如左图所示的汽缸盖螺栓联接,即为承受轴向外载荷的联接。
15.2.1 单个螺栓连接的强度计算螺纹连接根据载荷性质不同,其失效形式也不同:受静载荷螺栓的失效多为螺纹部分的塑性变形或螺栓被拉断;受变载荷螺栓的失效多为螺栓的疲劳断裂;对于受横向载荷的铰制孔用螺栓连接,其失效形式主要为螺栓杆剪断,栓杆或被连接件孔接触表面挤压破坏;如果螺纹精度低或连接时常装拆,很可能发生滑扣现象。
螺栓与螺母的螺纹牙及其他各部分尺寸是根据等强度原则及使用经验规定的。
采用标准件时,这些部分都不需要进行强度计算。
所以,螺栓连接的计算主要是确定螺纹小径d1,然后按照标准选定螺纹公称直径(大径)d,以及螺母和垫圈等连接零件的尺寸。
1. 受拉松螺栓连接强度计算松螺栓连接装配时不需要把螺母拧紧,在承受工作载荷前,除有关零件的自重(自重一般很小,强度计算时可略去。
)外,连接并不受力。
图15.3所示吊钩尾部的连接是其应用实例。
当螺栓承受轴向工作载荷 F (N)时,其强度条件为(15-6)或(15-7)式中: d1——螺纹小径,mm;[σ]——松连接螺栓的许用拉应力,Mpa。
见表15.6。
图15.32. 受拉紧螺栓连接的强度计算根据所受拉力不同,紧螺栓连接可分为只受预紧力、受预紧力和静工作拉力及受预紧力和变工作拉力三类。
①只受预紧力的紧螺栓连接右图为靠摩擦传递横向力F的受拉螺栓连接,拧紧螺母后,这时螺栓杆除受预紧力F`引起的拉应力σ=4F`/πd12外,还受到螺纹力矩T1引起的扭转切应力:对于M10~M68的普通螺纹,取d1、d2和λ的平均值,并取φV=arctan0.15,得τ≈0.5σ。
由于螺栓材料是塑性材料,按照第四强度理论,当量应力σe为(15-8)故螺栓螺纹部分的强度条件为:(15-9)或(15-10)式中[σ]为静载紧连接螺栓的许用拉应力,其值由表15.6查得。
② 受预紧力和工作载荷的紧螺栓连接。
图15.5所示压力容器的螺栓连接是受预紧力和轴向工作载荷的典型实例。
这种连接拧紧后螺栓受预紧力F`,工作时还受到工作载荷F 。
三、螺栓连接的构造和计算(一)螺栓的种类在钢结构中应用的螺栓有普通螺栓和高强度螺栓两大类。
普通螺栓又分A级、B级(精制螺栓)和C级(粗制螺栓)两种。
高强度螺栓按连接方式分为摩擦型连接和承压型连接两种。
此外,还有用于钢屋架和钢筋混凝土柱或钢筋混凝土基础处的锚固螺栓(简称锚栓)。
A、B级螺栓采用5.6级和8.8级钢材,C级螺栓采用4.6级和4.8级钢材。
高强度螺栓采用8.8级和10.9级钢材。
10.9级中10表示钢材抗拉极限强度为f u=1000N/mm2,0.9表示钢材屈服强度f y=0.9f u,其他型号以此类推。
锚栓采用Q235或Q345钢材。
A级、B级螺栓(精制螺栓)由毛。
坯经轧制而成,螺栓杆表面光滑,尺寸较准确,螺孔需用钻模钻成,或在单个零件上先冲成较小的孔,然后在装配好的构件上再扩钻至设计孔径(称I类孔)。
螺杆的直径与孔径间的空隙甚小,只容许0.3mm左右,安装时需轻轻击人孔,既可受剪又可受拉。
但A级、B级螺栓(精制螺栓)制造和安装都较费工,价格昂贵,在钢结构中只用于重要的安装节点处,或承受动力荷载的既受剪又受拉的螺栓连接中。
C级螺栓(粗制螺栓)用圆钢辊压而成,表面较粗糙,尺寸不很精确,其螺孔制作是一次冲成或不用钻模钻成(称Ⅱ类孔),孔径比螺杆直径大1--2mm,故在剪力作用下剪切变形很大,并有可能个别螺栓先与孔壁接触,承受超额内力而先遭破坏。
由于c级螺栓(粗制螺栓)制造简单,价格便宜,安装方便,常用于各种钢结构工程中,特别适宜于承受沿螺杆轴线方向受拉的连接、可拆卸的连接和临时固定构件用安装连接中。
如在连接中有较大的剪力作用时,考虑到这种螺栓的缺点而改用支托等构造措施以承受剪力,让它只受拉力以发扬它的优点。
C级螺栓亦可用于承受静力荷载或间接动力荷载的次要连接中作为受剪连接。
对直接承受动力荷载的螺栓连接应使用双螺帽或其他能防止螺栓松动的有效措施。
(二)普通螺栓的计算和构造1.普通螺栓连接的工作性能和破坏情况普通螺栓连接按螺栓传力方式,可分为受拉螺栓、受剪螺栓和受拉兼受剪螺栓三种。
第9 次课 2 学时
注:本页为每次课教案首页
第六章 键、花键、无键联接和销联接
§6-1 键联接
(一)键联接的分类、结构型式及应用
键联接:用于轴和轴上旋转零件之间的周向固定并传递扭矩或沿轴向的滑动导向。
1.平键
①特点:结构简单,制造容易,对中性良好,缺点是对轴的强度有消弱;
②应用:应用非常广泛,多用于轴毂间对中性要求较高的静联接,亦有时用于动联接。
※工作面:两侧面
※工作原理:靠侧面的挤压传递转矩。
普通平键分类:圆头(A 型)、平头(B 型)和单圆头(C 型)。
导向平键导向平键:用于轴毂间的动联接。
滑键:滑键也是用于轴毂间的动联接,只不过式轴上零件的滑动距离较大时
使用。
薄型平键:该键的厚度是普通平键的60%~70%,适用于轴与薄璧零件的联接,特点
及结构型式与普通平键相同。
2.半圆键联接
①特点:结构简单、工艺性好、对中性良好、键可在槽内摆动,故装配方便;但对
轴的消弱较大。
②应用:主要用于轻载、窄论毂和锥形轴端的结构中。
半圆键与平键比较,前者的工艺性好,但对轴的强度削弱较大。
3.楔键联接
楔键的上、下表面为工作面,两侧面为非工作面。
键的上表面与键槽底面均有1:100 的
斜度。
工作时,键的上下两工作面分别与轮毂和轴的键槽工作面压紧,靠其摩擦力和挤压传
递扭矩。
4.切向键联接
由两个斜度为1:100的楔键组成。
一个切向键只能传递一个方向的转矩,传递双向转矩
时,须用互成120°~130°角的两个键。
特点:承载能力很大,适于传递大的转矩;但对轴的削弱较大,且会引起轴上零件与 轴的
配合偏心;有正反转要求时,必须用两对切向键。
(二)键的选择和强度校核
1.键的尺寸选择
平键的截面尺寸:b ×h ×L
b ×h 根据轴径d 由标准中查得
L 参考轮毂的长,一般应略短于轮毂长,并符合标准中规定的尺寸系列。
2.平键联接的失效和强度校核
主要失效形式: 静联接(普通平键、半圆键):压溃
动联接(导键、滑键):过度磨损
校核计算:
][2p p σσ≤==kld
T kl F 静联接[]p kld
T p ≤=2动联接
★当单键联接强度不够时采取的措施:
1、在允许的前提下,适当增加键的长度;
2、用B型键代替A型键;
3、使用双键联接;
4、使用花键。
§6-2花键联接
特点:⑴承载能力大;
⑵键槽较浅,对轴的强度削弱较轻;
⑶具有较平键更好的定心性和导向性;
⑷装拆性能好;
⑸花键需要专用设备制造,成本较高。
花键联接适用于定心精度较高、载荷较大或经常滑动的联接。
⑴矩形花键
键齿为矩形,根据尺寸分为两个系列,即轻、中系列,分别适用于不同的载荷情况。
矩形花键的定心方式为小径定心,定心精度高、定心稳定性好,能用磨削的方法消除热处理变形。
加工简便,应用十分广泛。
⑵渐开线花键
渐开线花键的齿廓为渐开线,与矩形花键比较,具有工艺性较好、制造精度较高、键齿根部强度高、应力集中小、易于定心等特点。
渐开线花键的压力角有两种,一种为45º,一种为30 º。
前者与后者比较,因其齿高较小,承载能力较低,多用于轻载、直径小以及薄壁零件的联接。
渐开线花键的定心方式为齿形定心,有利于各齿均匀承载。
第三节成型联接
无键联接指的是轴毂联接不用键或过盈配合联接的联接形式。
无键联接主要使用的是非圆截面轴,如等径轴、方轴与锥形轴等。
无键联接的优点是:能够减小应力集中,能传递较大的转矩;但精度要求较高,加工制造较复杂。
第四节销联接
销可用于定位、锁紧或联接,也可用作过载保护元件。
常用销的种类有:圆柱销、圆锥销、槽销、销轴、开口销等。