螺紋連接習(xí)題解答(講解)

1、螺紋連接習(xí)題解答11-1 一牽曳鉤用2個(gè)M10的普通螺釘固定于機(jī)體上,如圖所示。已知接合面間的摩擦系數(shù) f=0.15，螺栓材料為Q235強(qiáng)度級(jí)別為4.6 級(jí)，裝配時(shí)控制預(yù)緊力，試求螺栓組連接 允許的最大牽引力。解題分析：本題是螺栓組受橫向載荷作用的典型 例子.它是靠普通螺栓擰緊后在接合面間產(chǎn)生的摩擦力來傳 遞橫向外載荷Fro解題時(shí)，要先求生螺栓組所受的預(yù)緊力， 然后，以連接的接合面不滑移作為計(jì)算準(zhǔn)則，根據(jù)接合面的 靜力平衡條件反推由外載荷Fro解題要點(diǎn)：(1)求預(yù)緊力F':由螺栓強(qiáng)度級(jí)別 4.6級(jí)知bs =240MPa查教材表11 5 (a),取 S=1.35,則許用拉應(yīng)力：同=(ys

2、/S =240/1.35MPa=178MPa ,查(GB196-86) M10螺紋小徑 d1 =8.376mm2由教材式(11 13): 1.3F/ (兀 d1/4 ) W ° MPa得：F'=。兀 d2/ (4X1.3 ) =178 X 兀 X 8.376 2/5.2 N =7535 N(2)求牽引力Fr：由式(1125)得 Fr=F' fzm/ Kf =7535X 0.15 x 2X1/1.2N=1883.8 N (取 Kf =1.2 )11 -2 一剛性凸緣聯(lián)軸器用 6個(gè)M1 0的較制孔用螺栓(螺栓 GB27-88)連接，結(jié)構(gòu)尺寸如圖所示。兩半聯(lián) 軸器材料為HT

3、20Q螺栓材料為 Q235性能等級(jí)5.6級(jí)試求：(1)該螺栓組連接允許傳遞的最大轉(zhuǎn)矩Tmax。(2)若傳遞的瀛天轉(zhuǎn)矩Tmax不變改用普通螺桎連接或訐算螺栓直徑，并確定其公稱長(zhǎng)度，寫由螺栓標(biāo)記。(設(shè)兩半聯(lián)軸器間的摩擦系數(shù)f=0.16,可靠性系數(shù)Kf=1.2)。解題要點(diǎn)：(1)計(jì)算螺栓組連接允許傳遞的最大轉(zhuǎn)矩Tmax ：該較制孔用精制螺栓連接所能傳遞轉(zhuǎn)矩大小受螺栓剪切強(qiáng)度和配合面擠壓強(qiáng)度的制約。因此，可先按螺栓剪 切強(qiáng)度來計(jì)算Tmax ,然后較核配合面擠 壓強(qiáng)度。也可按螺栓剪切強(qiáng)度和配合面擠壓強(qiáng)度分別求生Tmax ,取其值小者。本解按第一種方法計(jì)算1) 確定較制孔用螺栓許用應(yīng)力由螺栓材料 Q235

4、、性能等級(jí)5.6級(jí)知：b 500MPa、 s 300MPa 被連接件材料 HT200b 200MPa。(a)確定許用剪應(yīng)力查表11 6,螺栓材料為 Q235受剪切時(shí)s =2.5,則螺栓材料r = s/ S =300/2.5MPa=120MPa(b)確定許用擠壓應(yīng)力查表11 6,螺栓材料為 Q235受擠壓Spi=1.25螺栓材料p1= s/s=300/1.25MPa=240Mpa被連接件材料為 HT200 ( b=200MPa)受擠壓時(shí) Sp2=22.5被連接件材料 p2 b/S 200/ (22.5) MPa=8& 100MPa: p/> p2二 取p= p2=80MPa2)按剪

5、切強(qiáng)度計(jì)算Tmax由式(11 23)知r =2T/ (ZDmt d2/4 ) < r (查GB2L88得M10的較制孔用螺栓光桿直徑d0=11mm)故 Tmax 3Dm d0 /43 x 340 x 1 x 兀 x 112 x120/4N mm=11632060.96 N ?mm3)校核螺栓與孔壁配合面間的擠壓強(qiáng)度從式(11 22)p Fs/(d°h)可得2Tmax6Dd°hminp式中，hmin為配合面最小接觸高度，根據(jù)題 11 2圖結(jié)構(gòu)2Tmax6Dd°hmin2 116320.96 -cMPa6 340 11 2541.47MPa p 80MPa,滿足

6、擠壓強(qiáng)度。ph=hmin= (6035 ) mm=25mm ;故該螺栓組連接允許傳遞的最大轉(zhuǎn)矩Tmax=11632060.96N mm(2)改為普通螺栓連接，計(jì)算螺栓小徑 一一 一 -一一. 一一 .一 一 (a) 計(jì)算螺栓所需的預(yù)緊力F'zfF m2KfTmax/D按接合面見不發(fā)生相對(duì)滑移的條件，則有K f Tmax 1.2 11632060.96 K1F N3fD 3 0.16 340(b) 計(jì)算螺栓小徑d1設(shè)螺栓直徑dn30mm查表11-5 (a)d1 :(Z=6 m=1)85529.86N得S=21.3貝U a= s/S=300/ (21.3 ) MPa=153230.77MP

7、a 取 (y=150MPa1 1.3F k 1.3 85529.86d1 150mm=30.721mm查 GB196 81,取 M36 螺栓(d1=31.670mm > 30.721mm)(c) 確定普通螺栓公稱長(zhǎng)度 l (l=2b+m+s+ (0.20.3d)根據(jù)題11 2結(jié)構(gòu)圖可知，半聯(lián)軸器凸緣(螺栓連接處)厚度 b=35mm 查 GB6170 86,得：螺母 GB6170 86M36,螺母高度 mmax=31mm 查 GB93-87,得：彈簧墊圈36 GB9387,彈簧墊圈厚度 s=9mm貝U I=2X35+31+9+ (0.20.2) X 36 mm =117.2120.8mm,

8、取 l=120 mm （按 GB5782 86 l 系列 10 進(jìn)位）故螺栓標(biāo)記： GB5782- 86 M36 X 12011 3鋼結(jié)構(gòu)托架由兩塊邊板和一塊承重板焊成的，兩塊邊板各用四個(gè)螺栓與立柱相連接，其結(jié)構(gòu)尺寸如圖所示。托架所受的最大載荷為20 kN ,載荷有較大的變動(dòng)。試問：(1)此螺栓連接采用普通螺栓連接還是較制孔用螺栓連接為宜？(2)如采用較制孔用螺栓連接，螺栓的直徑應(yīng)為多大？解題要點(diǎn)：（1） 采用較制孔用螺栓連接較為合宜。 因?yàn)槿缬闷胀菟ㄟB接，為了防止邊板下滑，就需在擰緊螺母時(shí)施加相當(dāng) 大的預(yù)緊力，以保證接合面間有足夠大的摩擦力。這樣就要 增接的結(jié)構(gòu)尺寸。（2） 確定螺栓直徑（

9、a）螺栓組受力分析：由題解113圖可見，載荷作用在總體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱平面，因此每一邊（塊）鋼板所受載荷：P=20/2 kN=10000,將載荷P向螺栓組連接的接合面形心簡(jiǎn)化，則得橫向載荷（向下滑移）：P=10000 N旋轉(zhuǎn)力矩（繞中心 O） T=10000 X 300 N mm=3000000 N ?mm（b）計(jì)算受力最大螺栓的橫向載荷Fs:在橫向載荷P作用下各螺栓受的橫向載荷Fsp大小相等，方向同P,即Fsp1 = Fsp2 = Fsp3 = Fsp4 = P/4 = 10000/4 N = 2500 N在旋轉(zhuǎn)力矩T作用下，各螺栓受的橫向載荷Fst大小亦相等。這是因?yàn)楦髀菟ㄖ行闹列涡腛點(diǎn)距離相等

10、，方向各垂直于螺栓中心與形心O點(diǎn)的連心線。由圖可見，螺栓中心至形心。點(diǎn)距離為r = 752 752 mm=106.1 mm故F ST1 = F ST2 = F ST3 = F ST4 =T/ （ 4）=3000000/ （4X 106.1） N= 7071 N各螺栓上所受橫向載荷 F sp和F st的方向如圖所示。由圖中可以看由螺栓 1和螺栓2所受的兩個(gè)力間夾角民最?。╝ =45° ）,故螺栓1和螺栓2所受合力最大，根據(jù)力的合成原理，所受總的橫向載荷Fsmax為F S max = F S1 = F S2 = F SP1 F St1 2 F SPlF STIcos=2500270712

11、225007071 cos45 N=9014 N(c)確定較制孔用螺栓直徑：選螺栓材料的強(qiáng)度級(jí)別4.6級(jí)，查教材表11-4得s=240MPa 查表 11 6 得 S=2.5 , 仁 s/S=240/2.5 MPa=96 MPa根據(jù)教材式(1123),得螺栓桿危險(xiǎn)剖面直徑為d 0，4FSmax/( ) = . 9014/(96) mm=10.934 mm由手冊(cè)按GB27-88查得，當(dāng)螺紋公稱直徑為10 mm寸，螺桿光桿部分直徑 d°=11 mm,符合強(qiáng)度要求，故選 M10(GB27-88)的較制孔用螺栓。11-4 一方形蓋板用四個(gè)螺栓與箱體連接，具結(jié)構(gòu)尺 寸如圖所示。蓋板中心O點(diǎn)的吊環(huán)

12、受拉力 Fq=20000N,設(shè)剩余預(yù)緊力F =0.6F, F為螺栓所受的軸向工作載荷。試求：(1)螺栓所受的總拉力 F。，并計(jì)算確定螺栓直徑(螺栓 材料為45號(hào)鋼，性能等級(jí)為 6.8級(jí))。(2)如因制造誤差， 吊環(huán)由O點(diǎn)移到O'點(diǎn)，且 OO =5/5mm求受力最大螺栓所 受的總拉力F。，并校核(1)中確定的螺栓的強(qiáng)度。解題要點(diǎn)：-金(1)吊環(huán)中心在O點(diǎn)時(shí):此螺栓的受力屬于既受預(yù)緊力F'作用又受軸向工作載荷F作用的情況。根據(jù)題給條件，可求由螺栓的總拉力:Fo=F +F=0.6F+F=1.6F而軸向工作載荷f是由軸向載荷 Fq引起的，故有:題114圖20000N 5000N4. F

13、0 1.6F1.65000N8000N螺栓材料45號(hào)鋼、性能等級(jí)為6.8級(jí)時(shí)，480MPa ,11 5a 取 S=3 ,則d14 1.3F。s/S=480/3MPa=160MPa ,故4 1.3 8000 mm 9.097 mm160查 GB196-81,取 M12 (d1=10.106mm>9.097mM)。(2)吊環(huán)中心移至O'點(diǎn)時(shí)：首先將載荷Fq向O點(diǎn)簡(jiǎn)化，得一軸向載荷 Fq和一翻 轉(zhuǎn)力矩M oM使蓋板有繞螺栓1和3中心連線翻轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。M FQ?oO 20000 5、2N?mm 141421.4N ?mmF FQ FmFQ M442r顯然螺栓4受力最大，其軸向工作載荷為20

14、000141421.4N 5500N42 1002 1002F0 1.6F1.6 5500N 8800N1.3%e d12/41.3 880010.1062 /4MPa 1426MPa160MPa故吊環(huán)中心偏移至 O'點(diǎn)后，螺栓強(qiáng)度仍足夠。11-5 有一氣缸蓋與缸體凸緣采用普通螺栓連接，如圖所示。已知?dú)飧字械膲毫在02MPa之間變化，氣缸徑D=500mm,螺栓分布圓直徑 D0=650mm。為保證氣密性 要求，剩余預(yù)緊力 F =1.8F,螺栓間距tW4.5d (d為螺栓 的大徑)。螺栓材料的許用拉伸應(yīng)力b=120MPa,許用應(yīng)力幅> a=20MPa o選用銅皮石棉墊片螺栓相對(duì)剛度C”(C1+C2) =0.8,試設(shè)計(jì)此螺栓組連接。解題要點(diǎn)：1) )選螺栓數(shù)目Z :因?yàn)槁菟ǚ植紙A直徑較大，為保證 螺栓間間距不致過大，所以選用較多的螺栓，初取Z=24(2)計(jì)算螺栓的軸向工作載荷F :1)螺栓組連接的最大軸向載荷FqD2500242N3.9272) 螺栓的最大軸向工作載荷F:Fq3.927 105Z 2416362.5N題11-5圖(3)計(jì)算螺栓的總拉力FoFo F F 1.8F F 2.8F 2.8 16362.5N 45815Nd14 1.3 4581