机械设计基础课件4.ppt

例1：一钢板采用三个铰制孔螺栓联接,下列三个方案哪个最好?,Fmax=F1=F3=,Fmax=F2=,比较：,差,由：,结论：,1、一牵曳钩用2个M10(d1=8.736mm)的普通螺栓固定于机体上。已知接合面间摩擦系数f=0.15，防滑系数Kf=1.2，螺栓材料强度级别为4.6级，装配时控制预紧力。试计算该螺栓组联接允许的最大牵曳力Fmax。,牵曳力,解：s=240MPa,由承载条件：,由强度条件：,作业,查表5-5 S=1.21.5,2、图示为一圆盘锯，锯片直径D=500mm，用螺母将其夹紧在压板中间。已知锯片外圆上的工作阻力Ft=400N，压板和锯片间的摩擦系数f=0.15，压板的平均直径D0=150mm，可靠系数Kf=1.2，轴材料的许用拉伸应力=60Mpa。试计算轴端所需的螺纹直径。,查GB-196-81，取M16（d1=13.835mm12.130mm）,作业3：起重卷筒与大齿轮间用双头螺柱连接，起重钢索拉力F0=50kN，卷筒直径D=400mm，8个螺柱均匀分布在直径D0=500mm圆周上，螺栓性能等级4.6级，结合面摩擦因子f=0.12，可靠度系数Kf=1.2。试确定双头螺柱的直径。,解1：假设不控制预紧力，估计d=M6M16，取安全系数S=3.5。=S/S=240/3.5=68.6MPa,再估计d=M30M60，取安全系数S=1.5=S/S=240/1.5=160MPa,M36，d1=31.67mm，M39，d1=34.67mm所以选择M39，d=39mm,机械设计联接例题,解2：解题要点：,1)计算力矩T,Nmm,2)计算螺栓所需要的预紧力F0,由,得,3)确定螺栓直径,查手册：选用第一系列,作业4：有一气缸盖与缸体凸缘采用普通螺栓连接，如图所示。已知气缸中的压力P在02MPa之间变化，气缸内径D=500mm，螺栓分布圆直径D0=650mm。为保证气密性要求，残余预紧力F0=1.8F（F为螺栓的轴向工作载荷），螺栓间距t4.5 d（d为螺栓的大径）。螺栓材料的许用拉伸应力=120MPa。试设计此螺栓组连接。,机械设计联接例题,解题分析：本题是典型的仅受轴向载荷作用的螺栓组连接。但是，螺栓所受载荷是变化的，因此应先按静强度计算螺栓直径，然后校核其疲劳强度。此外，为保证连接的气密性，不仅要保证足够大的残余预紧力，而且要选择适当的螺栓数目，保证螺栓间间距不致过大。,解题要点：,1初选螺栓数目Z,因为螺栓分布圆直径较大，为保证螺栓间间距不致过大，所以应选用较多的螺栓，初取Z=24。,2计算单个螺栓的轴向工作载荷F,（1）螺栓组连接的最大轴向载荷FQ：,机械设计联接例题,（2）单个螺栓的最大轴向工作载荷F：,3计算螺栓的总拉力F,4计算螺栓直径,查手册，取M30（d1=26.211mm25.139mm）。,5校核螺栓间距,实际螺栓间距为,故螺栓间距满足连接的气密性要求。,3、有一受预紧力F0和轴向工作载荷F=1000N作用的紧螺栓连接，已知预紧力F0=1000N，螺栓的刚度Cb与被连接件的刚度Cm相等。试计算该螺栓所受的总拉力F2和剩余预紧力F1。在预紧力不变的条件下，若保证被连接件间不出现缝隙，该螺栓的最大轴向工作载荷Fmax为多少？,4、在图示的汽缸盖连接中，已知：汽缸中的压力在01.5MPa间变化，汽缸内径D=250mm，螺栓分布圆直径D0=346mm，凸缘与垫片厚度之和为50mm。为保证气密性要求，螺栓间距不得大于120mm。试选择材料，并确定螺栓数目和尺寸,解：1）确定螺栓数目Z,取螺栓间距为t=100mm，则,2）选择螺栓材料选定螺栓机械性能强度等级为6.8级，材料为45钢，则B=600MPa，S=480MPa,3）计算单个螺栓载荷,A、汽缸盖最大载荷：,B、螺栓工作载荷：,C、残余预紧力：,D、螺栓最大拉力：,E、许用拉应力：,4）计算并确定螺栓尺寸,按题目要求，经查螺栓标准，确定螺栓尺寸为：,M16X70的螺栓，小径d1=13.835mm，中径d2=14.701，螺距P=2mm,5）校核螺栓的疲劳强度,A、相对刚度：选铜皮石棉垫片，,B、预紧力：,C、螺栓拉力变化副：,D、危险截面面积：,E、螺栓应力副：,F、疲劳极限：,G、许用应力副：,H、疲劳强度校核：,5、一机器底座用10个螺栓与地基连接，如图所示。已知螺栓之间的相对距离为100mm，所受的工作载荷为M=5000N.m。试设计此螺栓组连接的螺栓直径。,解：1）螺栓组受力分析,左边的两个螺栓1、10受力最大，其工作载荷为：,2）求螺栓受的总拉力F,F 2=7500N,F 2=F1+F,3）螺栓的静强度计算,选定螺栓机械性能强度等级为4.6级，材料为Q235钢，则，S=240MPa,S=2,计 算 举 例,例题1：一厚度=12mm的钢板用4个螺栓固连在厚度1=30mm的铸铁支架上，螺栓的布置有两种方案，如下图所示。已知：螺栓材料为Q235，=95MPa、=96MPa,钢板p=320MPa，铸铁p1=180MPa，接合面间摩擦系数f=0.15，可靠性系数Kf=1.2，载荷F=12000 N，尺寸l=400mm，a=100mm。（1）比较哪种螺栓布置方案合理？（2）按照螺栓布置合理方案，分别确定采用普通螺栓连接和铰制孔用螺栓连接时的螺栓直径。,解题分析：本题是螺栓组连接受横向载荷和旋转力矩共同作用的典型例子。解题时，首先要将作用于钢板上的外载荷F向螺栓组连接的接合面形心简化，得出该螺栓组连接受横向载荷F和旋转力矩T两种简单载荷作用的结论。然后将这两种简单载荷分配给各个螺栓，找出受力最大的螺栓，并把该螺栓承受的横向载荷用矢量叠加原理求出合成载荷。,在外载荷与螺栓数目一定的条件下，对不同的螺栓布置方案，受力最大的螺栓所承受的载荷是不同的，显然使受力最大的螺栓承受较小的载荷是比较合理的螺栓布置方案。,若螺栓组采用铰制孔用螺栓连接，则靠螺栓光杆部分受剪切和配合面间受挤压来传递横向载荷，其设计准则是保证螺栓的剪切强度和连接的挤压强度，可按相应的强度条件式，计算受力最大螺栓危险剖面的直径。,若螺栓组采用普通螺栓连接，则靠拧紧螺母使被连接件接合面间产生足够的摩擦力来传递横向载荷。在此情况下，应先按受力最大螺栓承受的横向载荷，求出螺栓所需的预紧力；然后用只受预紧力作用的紧螺栓连接，受拉强度条件式计算螺栓危险剖面的直径d1；最后根据d1查标准选取螺栓直径d，并根据被连接件厚度、螺母及垫圈厚度确定螺栓的标准长度。,解题要点：1、螺栓组连接受力分析（1）将载荷简化 将载荷F向螺栓组连接的接合面形心O点简化，得一横向载荷 F=12000N和一旋转力矩T：T=Fl=12000N400mm=4.8106Nmm（看下图）,（2）确定各个螺栓所受的横向载荷 在横向力F作用下，各个螺栓所受的横向载荷Fs1大小相同，与F同向。Fs1=F/4=12000/4=3000 N 而在旋转力矩T作用下，由于各个螺栓中心至形心O点距离相等，所以各个螺栓所受的横向载荷FS2大小也相同，但方向分别垂直于各螺栓中心与形心O的连线。见下图。,对于方案（a)，各螺栓中心至形心O点的距离为：,由上图(a)可知，螺栓1和2所受两力的夹角最小，故螺栓1和2所受横向载荷最大，即：,对于方案(b)，各螺栓中心至形心O点的距离为：,rb=a=100mm,由上图(b)可知，螺栓横向载荷最大，即：,Fsmaxb=Fs1+Fs2=3000+12000=15000N,（3）两种方案比较 在螺栓布置方案(a)中，受力最大的螺栓1和2所受的总横向载荷Fsmaxa=10820N，而在螺栓布置方案(b)中，受力最大的螺栓1所受的总横向载荷Fsmaxb=15000N。可以看出，FsmaxaFsmaxb，因此方案(a)比较合理。,2、按螺栓布置方案(a)确定螺栓直径（1）采用铰制孔用螺栓连接 1）因为铰制孔用螺栓连接是靠螺栓光杆受剪切和配合面间受挤压来传递横向载荷，因此按剪切强度设计螺栓光杆部分的直径ds：,查GB27-88，取M1260（ds=1311.98mm),2）校核配合面挤压强度：按右图所示的配合面尺寸，螺栓光杆与钢板孔间,螺栓光杆与铸铁支架孔间,故配合面挤压强度足够。,（2）采用普通螺栓连接 因为普通螺栓连接是靠螺栓预紧螺栓在被连接件的接合面间产生的摩擦力来传递横向载荷，因此首先要求出螺栓所需的预紧力F0。,由fF0=KfFs，得,根据强度条件式可得螺栓小径d1，即,查表，取M45（d1=40.12938.84mm),如图所示螺栓联接，4个普通螺栓成矩形分布，已知螺栓所受载荷R=4000 N，L=300mm，r=100mm，接合面数m=1，接合面间的摩擦系数为f=0.15，可靠性系数Kf=1.2，螺栓的许用应力为=240MPa，试求：所需螺栓的直径（d1）。,解：(1)将R简化到螺栓组形心，成为一个横向载荷R和一个转矩T，如图所示，其中：,(2)求每个螺栓联接承受的分力,R的分力：FSR=R/z=4000/4=1000 N,T的分力：,(3求FSmax,(4)据不滑移条件：F0 f m Kf FSmax,所需预紧力F0,(5)根据强度条件：,求得螺栓小径d1：,