机械设计基础螺纹连接的强度计算.docVIP

烟台工程职业技术学院课程单元设计教案 专业：机械设计 课程: 机械设计基础 制定人：林莉莉 单 元 课 题 25螺栓连接的强度计算 班 级 月、日 星 期 节 次 上课 地点 课时 2 教学 材料 课本、教案、ppt课件、实物、视频 教 学 目 标 知识目标 能力目标 素质目标 1.掌握单个螺纹连接的强度计算； 2.掌握螺栓组连接的结构设计和受力分析； 3.了解提高螺栓连接强度的措施 能够根据条件确定螺栓的直径；能够设计螺栓组的连接 1.培养学生的科学思维方法和创新意识； 2.培养学生的团队协助精神和沟通能力； 教 学 实 施 能力训练任务 教师活动 学生活动 时 间 外语 单词 作业 课 后 体 会 任务二 螺栓连接的强度计算 单元25 螺栓连接的强度计算和螺栓组连接的设计 一、任务引入 为了便于机器的制造、安装、维修和运输，在机器和设备的各零、部件间广泛采用各种联接。联接分可拆联接和不可拆联接两类。不损坏联接中的任一零件就可将被联接件拆开的联接称为可拆联接，这类联接经多次装拆仍无损于使用性能，如螺纹联接、链联接和销联接等。不可拆联接是指至少必须毁坏联接中的某一部分才能拆开的联接，如焊接、铆钉联接和粘接等。 螺纹联接和螺旋传动都是利用具有螺纹的零件进行工作的，前者作为紧固联接件用，后者则作为传动件用。 二、相关知识 一、单个螺栓连接的强度计算 单个螺栓联接的强度计算是螺纹联接设计的基础。根据联接的工作情况，可将螺栓按受力形式分为受拉螺栓和受剪螺栓。针对不同零件的不同失效形式，分别拟定其设计计算方法，则失效形式是设计计算的依据和出发点。 1.失效形式 工程中螺栓联接多数为疲劳失效 受拉螺栓——螺栓杆和螺纹可能发生塑性变形或断裂 受剪螺栓——螺栓杆和孔壁间可能发生压溃或被剪断 2.失效原因：应力集中 应力集中促使疲劳裂纹的发生和发展过程 3、设计计算准则与思路 受拉螺栓：设计准则为保证螺栓的疲劳拉伸强度和静强度 受剪螺栓：设计准则为保证螺栓的挤压强度和剪切强度 （一）受拉螺栓连接 1、松螺栓联接 这种联接在承受工作载荷以前螺栓不拧紧，即不受力，如图所示的起重吊钩尾部的松螺接联接。 螺栓工作时受轴向力F作用，其强度条件为 式中d1为螺栓危险截面的直径(即螺纹的小径)，单位为mm；[σ]为松联接的螺栓的许用拉应力，单位为MPa。 由上式可得设计公式为 计算得出dl值后再从有关设计手册中查得螺纹的公称直径d。 2、紧螺栓联接 ⑴只受预紧力的紧螺栓联接 工作前拧紧，在拧紧力矩T作用下： 复合应力状态：预紧力F0 →产生拉伸应力σ 螺纹摩擦力矩T1→产生剪应力τ 按第四强度理论： ∴强度条件为： 设计公式为： 由此可见，紧联接螺栓的强度也可按纯拉伸计算，但考虑螺纹摩擦力矩T的影响，需将预紧力增大30％。 ⑵承受横向外载荷的紧螺栓联接——主要防止被联接件错动 特点：杆孔间有间隙，靠拧紧的正压力(F0)产生摩擦力来传递外载荷，保证联接可靠(不产生相对滑移)的条件为： 若考虑联接的可靠性及接合面的数目，上式可改成 式中FR为横向外载荷，单位为N；f为接合面间的摩擦系数，；m为接合面的数目；Kf 为可靠性系数，取Kf＝1.1～1.3。 强度校核公式为： 设计公式为： ⑶承受轴向静载荷的紧螺栓联接 这种受力形式的紧螺栓联接应用最广，也是最重要的一种螺栓联接形式。图中所示为气缸端盖的螺栓组，其每个螺栓承受的平均轴向工作载荷为 式中p为缸内气压；D为缸径；z为螺栓数。 右图为气缸端盖螺栓组中一个螺栓联接的受力与变形情况。假定所有零件材料都服从胡克定律，零件中的应力没有超过比例极限。此时螺栓所受的轴向总拉力应为其所受的工作载荷F与残余预紧力F0?之和，即 当选定残余预紧力F0?后，即可按上式求出螺栓所受的总拉力F，同时考虑到可能需要补充拧紧及扭转剪应力的作用，将增加30％，则螺栓危险截面的拉伸强度条件为 设计公式为： （四）受剪切螺栓连接 特点：螺杆与孔间紧密配合，无间隙，由光杆直接承受挤压和剪切来传递外载荷FR进行工作。 螺栓的剪切强度条件为： 螺栓与孔壁接触表面的挤压强度条件为： 二、螺栓