螺栓组联接的设计.doc

螺栓组联接的设计
设计步骤:
1.   螺栓组结构设计
2.   螺栓受力分析
3.   确定螺栓直径
4.   校核螺栓组联接接合面的工作能力
5.   校核螺栓所需的预紧力是否合适
确定螺栓的公称直径后,螺栓的类型,长度,精度以及相应的螺母,垫圈等结构尺寸,可根据底板的厚度,螺栓在立柱上的固定方法及防松装置等全面考虑后定出。
1. 螺栓组联接的结构设计
螺栓组联接结构设计的主要目的,在于合理地确定联接接合面的几何形状和螺栓的布置形式,力求各螺栓和联接接合面间受力均匀,便于加工和装配。为此,设计时应综合考虑以下几方面的问题:
1)联接接合面的几何形状通常都设计成轴对称的简单几何形状,如圆形,环形,矩形,框形,三角形等。这样不但便于加工制造,而且便于对称布置螺栓,使螺栓组的对称中心和联接接合面的形心重合,从而保证接合面受力比较均匀。
2)螺栓的布置应使各螺栓的受力合理。对于铰制孔用螺栓联接,不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置八个以上的螺栓,以免载荷分布过于不均。当螺栓联接承受弯矩或转矩时,应使螺栓的位置适当靠近联接接合面的边缘,以减小螺栓的受力(下图)。如果同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时,应采用销,套筒,键等抗剪零件来承受横向载荷,以减小螺栓的预紧力及其结构尺寸。
           接合面受弯矩或转矩时螺栓的布置
3)螺栓排列应有合理的间距,边距。布置螺栓时,各螺栓轴线间以及螺栓轴线和机体壁间的最小距离,应根据扳手所需活动空间的大小来决定。扳手空间的尺寸(下图)可查阅有关标准。对于压力容器等紧密性要求较高的重要联接,螺栓的间距t0不得大于下表所推荐的数值。
           扳手空间尺寸
           螺栓间距t0
注:表中d为螺纹公称直径。
4)分布在同一圆周上的螺栓数目,应取成4,6,8等偶数,以便在圆周上钻孔时的分度和画线。同一螺栓组中螺栓的材料,直径和长度均应相同。
5)避免螺栓承受附加的弯曲载荷。除了要在结构上设法保证载荷不偏心外,还应在工艺上保证被联接件,螺母和螺栓头部的支承面平整,并与螺栓轴线相垂直。对于在铸,锻件等的粗糙表面上应安装螺栓时,应制成凸台或沉头座(下图1)。当支承面为倾斜表面时,应采用斜面垫圈(下图2)等。
图1 凸台与沉头座的应用                       图2 斜面垫圈的应用
2. 螺栓组联接的受力分析
1).受横向载荷的螺栓组联接
2).受转矩的螺栓组联接
3).受轴向载荷的螺栓组联接
4).受倾覆力矩的螺栓组联接
    进行螺栓组联接受力分析的目的是,根据联接的结构和受载情况,求出受力最大的螺栓及其所受的力,以便进行螺栓联接的强度计算。
    为了简化计算,在分析螺栓组联接的受力时,假设所有螺栓的材料,直径,长度和预紧力均相同;螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合;受载后联接接合面仍保持为平面。下面针对几种典型的受载情况,分别加以讨论。
1).受横向载荷的螺栓组联接 回首部                                               
图所示为一由四个螺栓组成的受横向载荷的螺栓组联接。横向载荷的作用线与螺栓轴线垂直,并通过螺栓组的对称中心。当采用螺栓杆与孔壁间留有间隙的普通螺栓联接时(图a)。靠联接预紧后在接合面间产生的摩擦力来抵抗横向载荷;当采用铰制孔用螺栓联接时(图b),靠螺栓杆受剪切和挤压来抵抗横向载荷。虽然两者的传力方式不同,但计算时可近似地认为,在横向总载荷F∑的作用下,各螺栓所承担的工作载荷是均等的。因此,对于铰制孔用螺栓联接,每个螺栓所受的横向工作剪力为
   (5-23)
式中z为螺栓联接数目。
对于普通螺栓联接,应保证联接预紧后,接合面间所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷。
假设各螺栓所需要的预紧力均为Qp,螺栓数目为z,则其平衡条件为
     或          (5-24)
图:受横向载荷的螺栓组联接
式中:
f——接合面间的摩擦系数,见下表;
i——接合面数(图中,i=2);
Ks——防滑系数,Ks=~。
由式(5-24)求得预紧力Qp,然后按式(5-14)校核螺栓的强度。
        联接接合面间的摩擦系数
被联接件
接合面的表面状态
摩擦系数f
钢或铸铁零件
干燥的加工表面
-
有油的加工表面
-
钢结构
轧制表面,钢丝刷清理浮锈
-
涂富锌漆
-
喷砂处理
-
钢铁对砖料,混凝土或木材
干燥表面
-
2).受转矩的螺栓组联接