單個螺栓強度計算

1、機 械 設 計,單個螺栓的強度計算,福州大學機械工程及自動化學院 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,螺紋聯接的類型,螺栓聯接（2種）,雙頭螺柱聯接,螺釘聯接,螺栓聯接的預緊與防松,預緊的目的、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、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計,實驗表明,螺栓聯接的強度計算： 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%螺栓聯接發(fā)生疲勞破壞,三、設計準則：受拉（普通）螺栓： 保證螺栓的靜力(或疲勞)拉伸強度、扭轉強度受剪（鉸制孔）螺栓

4、 保證聯接的擠壓強度和螺栓的剪切強度,四、松螺栓聯接的強度計算,,松螺栓聯接：不受預緊力，只受工作載荷,,螺栓聯接,倫敦千年穹頂,[σ] 螺栓材料及許用應力， （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. 設計準則——保證螺栓拉伸強度,4. 強度條件： σ≤[σ],5. 危險截面應力計算：,驗算式：,設計式：,6. 設計計算方法 根據d1查手冊

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

6、力合成,設計公式,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的聯合作用，但在計算時可以只按拉伸強度計算，并將所受的拉力（預緊力）增大30%來考慮扭轉的影響。,1. 受載荷類型： 橫向載荷（FΣ） 預緊力（F0） 摩擦力矩（T1）,2. 失效形式： 螺栓拉斷、扭斷、滑移,3. 設計準則： 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接,,預緊力產生的摩擦力,,可能移動的趨勢,不發(fā)生滑移的條件,即：,m結合面數，ks（1.1－1.3）防滑系數，μ摩擦系數，F０預緊力，ＦΣ 橫向載荷。,將Ｆ０代入公式,或者,可進行驗算或者設計螺栓（保證不滑移的情況下）,當m=1, μ=0.1, ks=1.3 時：,F０是FΣ的13倍，F0大，螺栓直徑大，結構尺寸大，采用減載裝置，或者受剪螺栓聯接。,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接,1. 受載荷類型： 橫向載荷（F）,2. 失效形式： 剪斷、壓潰,3. 設計準則： 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,加預緊力后→螺栓受拉伸長λb,→被聯接件受壓縮短λm,加載 F

9、 后:,螺栓總伸長量增加為:,總拉力為：,被聯接件壓縮量減少為：,殘余預緊力減少為： F1,很顯然: F1<F0,λb + ?λb(=?λ),λm - ?λm (=?λ),,,,,,,,,得：,總拉力等于預緊力加部分工作載荷之和,,,,,,,相對剛度系數，書７４頁,（五）軸向變載荷作用螺栓聯接,對于受軸向變載荷作用的重要螺栓聯接，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力為：,最小拉應力為：,應力幅為：,安全系數應滿足：,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， 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　忽略加工方法影響,有效應力集中系數，附表３－６,σa　應力幅σmin　最小應力值S　安全系數，表５－１０,尺寸系數，表３－７,,,受載荷