2022年2022年联接螺栓强度计算方法 .pdf

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1、:0 第 1 页 共 18 页联接螺栓的强度计算方法名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 18 页 - - - - - - - - - :0 第 2 页 共 18 页一 连接螺栓的选用及预紧力：1、已知条件：螺栓的s730MPa 螺栓的拧紧力矩 T=49N.m 2、拧紧力矩：为了增强螺纹连接的刚性、 防松能力及防止受载螺栓的滑动，装配时需要预紧。其拧紧扳手力矩T 用于克服螺纹副的阻力矩T1 及螺母与被连接件支撑面间的摩擦力矩 T2。装配时可用力矩扳手法控制力矩。

2、公式： T=T1+T2=K*0F* d 拧紧扳手力矩 T=49N.m 其中 K 为拧紧力矩系数，0F为预紧力 N d 为螺纹公称直径 mm 其中 K 为拧紧力矩系数，0F为预紧力 N d 为螺纹公称直径 mm 摩擦表面状态K 值有润滑无润滑精加工表面0.1 0.12 一般工表面0.13-0.15 0.18-0.21 表面氧化0.2 0.24 镀锌0.18 0.22 粗加工表面- 0.26-0.3 取 K0.28，则预紧力0FT/0.28*10*10-317500N 3、承受预紧力螺栓的强度计算：螺栓公称应力截面面积As（mm）=58mm2 外螺纹小径 d1=8.38mm 外螺纹中径 d2=9.

3、03mm 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 18 页 - - - - - - - - - :0 第 3 页 共 18 页计算直径 d38.16mm 螺纹原始三角形高度h=1.29mm 螺纹原始三角形根部厚度b=1.12mm 紧螺栓连接装配时，螺母需要拧紧，在拧紧力矩的作用下，螺栓除受预紧力F0 的拉伸而产生拉伸应力外，还受螺纹摩擦力矩T1 的扭转而产生扭切应力，使螺栓处于拉伸和扭转的复合应力状态下。螺栓的最大拉伸应力 1(MPa)。01sFA=17500N/

4、58*10-6m2=302MPa剪切应力：=0.51=151 MPa根据第四强度理论，螺栓在预紧状态下的计算应力: =1.3*302=392.6 MPa 强度条件：=392.6 730*0.8=584 预紧力的确定原则：拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限s的 80%。4、倾覆力矩倾覆力矩M 作用在连接接合面的一个对称面内，底板在承受倾覆力矩之前， 螺栓已拧紧并承受预紧力F0。作用在底板两侧的合力矩与倾覆力矩M 平衡。2031tan216vTdFTWd22131.3 1ca0211.34Fcad名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - -

5、- - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 18 页 - - - - - - - - - :0 第 4 页 共 18 页已知条件：电机及支架总重W1=190Kg，叶轮组总重W2=36Kg，假定机壳固定，电机及支架、叶轮组重心到机壳左侧结合面L=194mm. 考虑冲击载荷，倾翻力矩M 为：M=W1*(1+6.7)*0.22-W2*(1+6.7)*0.118=190*7.7*0.22-36*7.7*0.118=319.64N.m L1=0.258m L2=0.238m L3=0.166 L4=0.099m 螺栓最大工作载荷：1222211223344222

6、2MLFai Li Li Li L2222319.64x0.2582x1x0.2582x2x0.2382x2x0.1662x2x0.099Fa=167.26N 式中：M螺栓组承受的总倾覆力矩（N.m）i每行螺栓数量L螺栓到接合面对称轴到距离(m)；z螺栓数量；5、承受预紧力和工作载荷联合作用螺栓的强度计算：螺栓的最大拉力F=0F( 1/ 12)cccFa175000.3*167.2617550N 螺栓的最大拉伸应力 2(MPa)。2sFA=17550N/58*10-6m2=302.58MPa剪切应力：=0.52=151.29 MPa231tan216vTdFTWd名师资料总结 - - -精品资

7、料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 18 页 - - - - - - - - - :0 第 5 页 共 18 页根据第四强度理论，螺栓在预紧状态下的计算应力: =1.3*302.58=393.35MPa 强度条件：=393.35 730*0.8=584 MPa 预紧力的确定原则：拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限s的 80%。6.只考虑预紧力作用，螺纹牙根部的强度计算: 1）.螺纹牙根部的剪切强度计算: 0F17500N b抗拉强度 700 Mpa d38.16mmb=1.

8、12mm =76 Mpa 730*0.6=438 Mpa2）螺纹牙根部的弯曲强度校核计算式为: b=30Fh/3.14*d3*8*1.122 =3*17500/3.14*8.16*8*1.12*1.12=204 Mpa b=700 Mpa 7.考虑预紧力和工作载荷联合作用，螺纹牙根部的强度计算: 1）.螺纹牙根部的剪切强度计算: 22231.3 2ca211.34Fcad0175003.14*3*3.14*8.16*1.12*8Fdb Z名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第

9、 5 页，共 18 页 - - - - - - - - - :0 第 6 页 共 18 页螺栓的最大拉力F=0F( 1/ 12)cccFa175000.3*167.2617550N d38.16mmb=1.12mm =76.44 Mpa730*0.6=438Mpa2）螺纹牙根部的弯曲强度校核计算式为: b=3Fh/3.14*d3*8*1.122 =3*17550/3.14*8.16*8*1.12*1.12=204 .76Mpa b=700 Mpa 结论：后盖板与机壳联接螺栓强度满足要求。二、 进风箱柜与机壳连接螺栓的选用及预紧力：1.已知条件：螺栓的s730MPa 螺栓的拧紧力矩 T=49N.

10、m 2、螺纹连接的拧紧力矩：为了增强螺纹连接的刚性、 防松能力及防止受载螺栓的滑动，装配时需要预紧。其拧紧扳手力矩T 用于克服螺纹副的阻力矩T1 及螺母与被连接件支撑面间的摩擦力矩 T2。装配时可用力矩扳手法控制力矩。公式： T=T1+T2=K*0F* d 拧紧扳手力矩 T=49N.m 其中 K 为拧紧力矩系数，0F为预紧力 N d 为螺纹公称直径 mm 其中 K 为拧紧力矩系数，0F为预紧力 N d 为螺纹公称直径 mm 摩擦表面状态K 值有润滑无润滑175503.14*3*3.14*8.16*1.12*8Fdb Z名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - -

11、 - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 18 页 - - - - - - - - - :0 第 7 页 共 18 页精加工表面0.1 0.12 一般工表面0.13-0.15 0.18-0.21 表面氧化0.2 0.24 镀锌0.18 0.22 粗加工表面- 0.26-0.3 取 K0.28，则预紧力0FT/0.28*10*10-317500N3.只承受预紧力螺栓的强度计算：螺栓公称应力截面面积As（mm）=58mm2 外螺纹小径 d1=8.38mm 外螺纹中径 d2=9.03mm 计算直径 d38.16mm 螺纹原始三角形高度H=1.29

12、mm 紧螺栓连接装配时，螺母需要拧紧，在拧紧力矩的作用下，螺栓除受预紧力F0 的拉伸而产生拉伸应力外，还受螺纹摩擦力矩T1 的扭转而产生扭切应力，使螺栓处于拉伸和扭转的复合应力状态下。螺栓的最大拉伸应力 1(MPa)。01sFA=17500N/58*10-6m2=302MPa剪切应力：=0.51=151 MPa根据第四强度理论，螺栓在预紧状态下的计算应力: 2031tan216vTdFTWd名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 18 页 - - - - - -

13、- - - :0 第 8 页 共 18 页=1.3*302=392.6 MPa 强度条件：=392.6730*0.8=584 MPa预紧力的确定原则：拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限s的 80%。4. 倾翻力矩已知条件：进风箱柜总重52Kg,重心距结合面 120mm 则倾翻力矩 M 为：M=（W*L 52*（16.7）*0.12=41.904*7.7Kg.m=480N.m L1=0.258m L2=0.238m L3=0.166 L4=0.099m 螺栓最大工作载荷：12222112233442222MLFai Li Li Li L2222480 x0.2582x1x0.25

14、82x2x0.2382x2x0.1662x2x0.099Fa=243N 式中：M螺栓组承受的总倾覆力矩（N.m）i每行螺栓数量L螺栓到接合面对称轴到距离(m)；z螺栓数量；5.承受预紧力和工作载荷联合作用螺栓的强度计算：22131.3 1ca0211.34Fcad名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 18 页 - - - - - - - - - :0 第 9 页 共 18 页螺栓的最大拉力F=0F( 1/ 12)cccFa175000.3*24317572.9N

15、 螺栓的最大拉伸应力 2(MPa)。2sFA=17572.9N/58*10-6m2=302.98MPa剪切应力：=0.52=151.5 MPa根据第四强度理论，螺栓在预紧状态下的计算应力: =1.3*302.98=393.87MPa 强度条件：=393.87730*0.8=584 预紧力的确定原则：拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限s的 80%。6.只考虑预紧力作用，螺纹牙根部的强度计算: 1）.螺纹牙根部的剪切强度计算: 0F17500Nd38.16mmb=1.12mm 231tan216vTdFTWd22231.3 2ca211.34Fcad0175003.14*3*3.1

16、4*8.16*1.12*8Fdb Z名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 18 页 - - - - - - - - - :0 第 10 页 共 18 页=76 Mpa730*0.6=438Mpa2）螺纹牙根部的弯曲强度校核计算式为: b=30Fh/3.14*d3*8*1.122 =3*17500/3.14*8.16*8*1.12*1.12=204 Mpa b=700 Mpa 7.考虑预紧力和工作载荷联合作用，螺纹牙根部的强度计算: 1）.螺纹牙根部的剪切强度计算

17、: 螺栓的最大拉力F=0F( 1/ 12)cccFa175000.3*24317572.9N d38.16mmb=1.12mm =76.5 Mpa730*0.6=438Mpa2）螺纹牙根部的弯曲强度校核计算式为: b=3Fh/3.14*d3*8*1.122 =3*17572.9/3.14*8.16*8*1.12*1.12=205Mpa b=700 Mpa 结论：进风箱柜与机壳连接螺栓强度满足要求。三叶轮轴盘与叶轮连接螺栓的选用及预紧力：1.已知条件：螺栓的s730MPa 螺栓的拧紧力矩 T=49N.m 2、螺纹连接的拧紧力矩：为了增强螺纹连接的刚性、 防松能力及防止受载螺栓的滑动，装配时需要预

18、紧。其拧紧扳手力矩T 用于克服螺纹副的阻力矩T1 及螺母与被连接件支撑面间的17572.93.14*3*3.14*8.16*1.12*8FdbZ名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 18 页 - - - - - - - - - :0 第 11 页 共 18 页摩擦力矩 T2。装配时可用力矩扳手法控制力矩。公式： T=T1+T2=K*0F* d 拧紧扳手力矩 T=49N.m 其中 K 为拧紧力矩系数，0F为预紧力 N d 为螺纹公称直径 mm 其中 K 为拧紧力

19、矩系数，0F为预紧力 N d 为螺纹公称直径 mm 摩擦表面状态K 值有润滑无润滑精加工表面0.1 0.12 一般工表面0.13-0.15 0.18-0.21 表面氧化0.2 0.24 镀锌0.18 0.22 粗加工表面- 0.26-0.3 取 K0.28，则预紧力0FT/0.28*10*10-317500N3.只承受预紧力螺栓的强度计算：螺栓公称应力截面面积As（mm）=58mm2 外螺纹小径 d1=8.38mm 外螺纹中径 d2=9.03mm 计算直径 d38.16mm 螺纹原始三角形高度H=1.29mm 紧螺栓连接装配时，螺母需要拧紧，在拧紧力矩的作用下，螺栓除受预紧力F0 的拉伸而产生

20、拉伸应力外，还受螺纹摩擦力矩T1 的扭转而产生扭切应力，使螺栓处于拉伸和扭转的复合应力状态下。螺栓的最大拉伸应力 1(MPa)。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 18 页 - - - - - - - - - :0 第 12 页 共 18 页01sFA=17500N/58*10-6m2=302MPa剪切应力：=0.51=151 MPa根据第四强度理论，螺栓在预紧状态下的计算应力: =1.3*302=392.6 MPa 强度条件：=392.6730*0.8=5

21、84 预紧力的确定原则：拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限s的 80%。4.承受预紧力和工作载荷联合作用螺栓的强度计算：1） 、叶轮转矩。9550npMn2031tan216vTdFTWd22131.3 1ca0211.34Fcad名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 18 页 - - - - - - - - - :0 第 13 页 共 18 页式中： P通风机功率 (kw)； n通风机转速 (r/min)。已知： P通风机功率 11(kw)；

22、 n通风机转速2930(r/min)。叶轮转矩。1195502930nM35.9(.)nMN m2） 、叶轮轮盘与轴盘连接螺栓的选用：联接应预紧，受转矩后，被联接件不得有相对滑动。螺栓联接：螺栓所在的圆周半径0.09 (m)；螺栓直径 M10；螺栓数量 6；普通螺栓联接，各螺栓受力：1nK TFrz式中：Kn可靠性系数，通常取1.2 T作用在联接结合面内的转矩(N.m)，nMT；预紧联接结合面的磨擦因数，取0.15；r螺栓所在的圆周半径(m)；z螺栓数量。由以上公式计算出传递转矩螺栓所需的每个螺栓的工作载荷Fa（N） ；假设螺栓受力相同；11.2*35.90.15*0.045*6F=1063.

23、68N 通过以上计算结果取每个螺栓的工作载荷螺栓的最大拉力F=0F( 1/ 12)1cccF175000.3*1063.6817819.10N 螺栓的最大拉伸应力 2(MPa)。2sFA=17819.1N/58*10-6m2=307.22MPa剪切应力：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 18 页 - - - - - - - - - :0 第 14 页 共 18 页=0.52=153.61MPa根据第四强度理论，螺栓在预紧状态下的计算应力: =1.3*307

24、.22=399.38MPa 强度条件：=399.38730*0.8=584 预紧力的确定原则：拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限s的 80%。5.只考虑预紧力作用，螺纹牙根部的强度计算: 1）.螺纹牙根部的剪切强度计算: 0F17500Nd38.16mmb=1.12mm =76 Mpa730*0.6=438Mpa2）螺纹牙根部的弯曲强度校核计算式为: b=30Fh/3.14*d3*8*1.122 =3*17500/3.14*8.16*8*1.12*1.12=204 Mpa b=700 Mpa 6.考虑预紧力和工作载荷联合作用，螺纹牙根部的强度计算: 231tan216vTdFT

25、Wd22231.3 2ca211.34Fcad0175003.14*3*3.14*8.16*1.12*8Fdb Z名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 18 页 - - - - - - - - - :0 第 15 页 共 18 页1）.螺纹牙根部的剪切强度计算: 螺栓的最大拉力F=0F( 1/ 12)1cccF175000.3*17819.122845.73N d38.16mmb=1.12mm =99.51 Mpa730*0.6=438 Mpa2）螺纹牙根部的

26、弯曲强度校核计算式为: b=3Fh/3.14*d3*8*1.122 =3*22845.73/3.14*8.16*8*1.12*1.12=266.55Mpa b=700 Mpa 结论：叶轮轴盘与叶轮联接螺栓强度满足要求。四 锥套与叶轮轴盘连接的选用：当联接传递转矩T 时，应保证联接在此转矩下不产生周向滑移。即应保证：轴向摩擦阻力矩Mf转矩 T 。这时有以下关系：1、传递载荷所需的最小结合压强：min22fmfTKPd lx 式中：T传递的扭矩，由3.1中计算结果， T= 35.9(.)N mK安全系数，通常取1.23；取 K =2 dm圆锥面结合的平均直径，22fmfCldd1*45165625

27、4.59 fl结合长度，为45 22845.733.14*3*3.14*8.16*1.12*8FdbZ名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 18 页 - - - - - - - - - :0 第 16 页 共 18 页被联接件摩擦副的摩擦系数，取0.11 计算minfp22x35.9x2x54.59 x45x0.113.1MPa 2、需要的轴向压入力 ：xf maxmd()2fcPPl计算x1163.1*54.59*45*(0.11)2P3378(N) A.传

28、递载荷所需的最小过盈量：直径比：包容件aqmd/ad=54.62/560.98， 被包容件iqid/md=54.62/560.98 传 递 载 荷 所 需 最 小 直 径 变 化 ： 包 容 件amineminfp*md*ac/aE3.1*54.62*9.8/225000.07，被包容件amineminfp*md*ic/iE3.1*54.62*9.8/225000.07 传递载荷所需最小有效过盈量：emin0.07*20.14 考虑平压量后的最小过盈量： minemin2*（aSIS）=0.14+2*0.0032=0.15 B.不产生塑性变形所允许的最大过盈量：不产生塑性变形所允许的最大结合压

29、强：包容件maxfP450*0.5225，被包容件minfP450*0.5225 不产生塑性变形所传递力：tF=maxfP*3.14*md*L*=225*54.62*45*0.11=6083N 不产 生 塑 性 变形 所 需 最 大 直 径 变化 ： 包 容 件aminemaxfp*md*ac/aE225*54.62*9.8/225005.3，被包容件imaxemaxfp*md*ic/iE225*54.62*9.8/225005.3 传递载荷所需最大有效过盈量：emaxamine+ imaxe=5.3*2=10.6 C.轴向位移值：最小值 0.15/160.009，最大值 10.6/160.6

30、6 五 锥套与叶轮轴盘连接螺栓的选用及预紧力：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 18 页 - - - - - - - - - :0 第 17 页 共 18 页1、螺栓联接选用：螺栓直径10(mm)；螺栓数量 3锥套所需的轴向紧固力Q=3378(N) 单个螺栓承受的总拉力 : 00()zCKKQF式中：K0预紧系数，查表，取K0 =2 Kc相对刚度系数，查表，取Kc=0.2 计算0(20.2)*33783F= 通过以上计算结果取每个螺栓的预紧力为F02477

31、.2N 2、校核选用螺栓的强度：螺栓部分危险截面的计算面积As（mm） ：2)2(DAs式中： D螺纹小径 (m)。故：28.6()2sA，258()sAmm螺栓的最大拉伸应力 L(MPa)。按第四强度理论，螺栓的强度条件为：L0.2*2F/sA=0.2*2*2477.2/58=17 强度校核：螺栓材料： A2-70；材料的规定非比例伸长应力p0.2450(Mpa)。以之代替 s 对于塑性材料屈服安全系数ns取 5-6；通常 ns取：5；材料许用应力 ： ssn；则： 450590(Mpa) 根据第一强度理论： L ：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - -

32、 - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 18 页 - - - - - - - - - :0 第 18 页 共 18 页安全系数：sLn计算 n=45017=26.5。螺栓联接件预紧应力不得大于其材料的屈服点s的 80（即 n1.25） 。结论：锥套与叶轮轴盘联接螺栓强度满足要求。参考文献：1.机械设计手册成大先2004.1 2.机械零件许镇宇1981.7。3.螺栓疲劳强度计算的再分析焦作矿业学院学报1995.4。4.机械零件强度计算手册（苏） 比尔格尔1987.3 编制: 校对: 审核: 批准: PDM: 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 18 页 - - - - - - - - -