螺栓設(shè)計：僅受軸向載荷的工況下,，預(yù)緊力應(yīng)該怎么設(shè)計

oilpig

大家好,，請教關(guān)于螺栓預(yù)緊力的設(shè)計,。

( q3 C) }' W9 Q& R8 N' F  |如圖所示,，工件在工作臺上以最大0.01m/s的速度往復(fù)運動,。工件上用螺栓固定了一根鋼絲,，鋼絲上需要產(chǎn)生的最大拉力為45N。由于體積限制,，不能在工件的另一端加螺母進行固定,。
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5 v( s# f/ D" Q* G我現(xiàn)在的問題是螺栓螺紋的預(yù)緊力應(yīng)該怎么確認。一定的預(yù)緊力對于螺紋連接的可靠性和連接件的疲勞強度肯定是有利的,。但是,，我在資料里面只找到根據(jù)螺栓連接承受的徑向載荷來確定預(yù)緊力的方法。請問各位,，有什么方法確定只受軸向載荷的預(yù)緊力呢,？謝謝！

( Q" G7 S9 U2 o$ s% M+ a+ X參考資料：西北工業(yè)大學的第九版的《機械設(shè)計》
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709079691

  橫向載荷X螺紋升角是什么,？

水水5

機械設(shè)計課本里螺栓的預(yù)緊力工況是軸向載荷啊~以壓力容器的法蘭為例講解的,。西北工業(yè)大學 第七版 濮良貴主編   72頁  
緊螺栓連接計算，雖然沒有直接給出預(yù)緊力的計算方法,，但是給出了預(yù)緊力和殘余預(yù)緊力,、工作拉力之間的關(guān)系。與螺栓及被連接材料的相對剛度有關(guān),。
( V" P$ n) Z, t3 J- M' Q6 d雖然你的螺栓在工作中只承受軸向拉力,，但是擰緊的過程中是扭轉(zhuǎn)載荷，所以也要考慮扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的剪切情況,。

oilpig

709079691 發(fā)表于 2015-6-16 09:03
橫向載荷X螺紋升角是什么,？

準備選用較小公稱直徑的粗牙螺紋。以公稱直徑1mm,，螺距0.25為例,。螺紋升角為4.55°

oilpig

水水5 發(fā)表于 2015-6-16 09:14
機械設(shè)計課本里螺栓的預(yù)緊力工況是軸向載荷啊~以壓力容器的法蘭為例講解的,。西北工業(yè)大學 第七版 濮良貴主編 ...

我理解的預(yù)緊力主要是防止連接件相對滑移,。對于我這種基本只受與螺栓連接方向一致的載荷的工況，是不是預(yù)緊力主要就是防止鋼絲來回拉動,，使得螺紋連接松掉,？
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那么設(shè)計思路是不是就是這樣的，

  p  v0 }6 F+ f3 r( x! b1. 直接根據(jù)工況確定殘余預(yù)緊力,，查的資料,，對于工作載荷不穩(wěn)定時，殘余預(yù)緊力=（0.6～1.0）工作拉力
; G* Z; R2 l! m( i/ y/ H. V2. 由殘余預(yù)緊力+工作拉力確定螺栓總拉力
: U; {! j' s( P, M. D1 u6 f7 U: d3. 由總拉力,，螺栓材料,，性能等級確定螺栓的直徑
4.檢驗設(shè)計
8 o' z( ?& d' z1 b/ X4 _     4.1 根據(jù)螺栓及連接件的材料確定相對剛度，借此算出總拉力變動范圍（怎樣判斷變動范圍是不是適合自己的應(yīng)用,？）
     4.2 反算出預(yù)緊力,，對其進行檢驗，不能超過上限
     4.3 對其進行靜強度計算,，校核螺栓的疲勞強度

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水水5

oilpig 發(fā)表于 2015-6-16 10:12
我理解的預(yù)緊力主要是防止連接件相對滑移,。對于我這種基本只受與螺栓連接方向一致的載荷的工況，是不是預(yù) ...

/ ]7 s0 Y: k, ~6 L: o$ [% p: n同意
. H- E- M% }, Z# ], b$ g% ?5 C9 H速度很低,，疲勞就不用校核了吧
6 e" I; q: E0 g2 }2 a6 S/ P

曾經(jīng)的自我

按照樓主的說法,，這樣一個結(jié)構(gòu),，如果真的要算預(yù)緊力，那你就可以按照書里面承受軸向載荷和工作拉力的這一節(jié)去套用公式,。
+ E, @% h8 _9 j: a那預(yù)緊力就很簡單,，碳素鋼0.6*屈服強度*螺栓危險截面積。然后按照上面公式去套用,，根據(jù)材料等來選擇螺栓的相對剛度,，結(jié)合你螺栓的工作拉力45N，去驗證是否合理安全,。當然,，疲勞也可以按后面的公式計算。
計算其實很簡單,，不必想的過于復(fù)雜,，什么橫向受力，扭轉(zhuǎn)等,，如果這些還考慮,，那不可能有結(jié)果的。
6 Q& _0 I% L. K* j1 X5 @另外,，根據(jù)這個情況,，我覺得根部不需要去計算什么預(yù)緊力，原因如下：
$ D/ I& [3 r* {  o* k1.工作拉力才45N,，那你想用多大的螺栓,，加入M2吧，夠小的了,，鋼絲繩怎么連接都是問題了,，4.8級，夠低了,，它的預(yù)緊力就是600N左右吧,，那么螺栓總拉力極端情況采食645N，這個應(yīng)力的變化太小了,，以至于工作拉力對預(yù)緊力產(chǎn)生不了什么影響的,，所以沒有必要去算；
# J* K8 o6 U3 R. j5 z2.工作拉力能計算,，但是怎么控制和實現(xiàn),，你不可能去采用負載的拉力測量設(shè)備，而最常見的是扭矩扳手,，這里就有一個扭矩的測量問題,，簡化點就是T=kFd，就是扭矩=扭矩系數(shù)*預(yù)緊力*直徑。k想精確得到必須去測量,，不同批次螺栓,，不同的墊圈，k差異很大,，達到什么程度,，舉例說，M10以上的螺栓,，你可以在網(wǎng)上查到扭矩的推薦值,，但按這個值去做，很多螺栓可能斷掉,，除了螺栓質(zhì)量問題,，就是扭矩系數(shù)的差異了。實際很多重要部位的螺栓,，特別是規(guī)格大的,，高強度的，都要有扭矩要求,，甚至要測量每批螺栓的扭矩系數(shù)和螺栓質(zhì)量,。做不到這些，談控制扭矩和預(yù)緊力沒有太大意義,。最多只能將預(yù)緊力控制到一定范圍,，這個范圍可能很大。對于很小規(guī)格的螺栓,， 我個人認為是測不出這個數(shù)據(jù)的,，也沒有人回測。
( e1 E( y9 ~% F/ s" E建議選用比計算稍大的螺栓,，使得無論怎么預(yù)緊都比工作拉力大很多就行了
這樣就不會斷,，也不會松，當然也沒有疲勞問題

幸會幸會

受軸向變載的螺栓應(yīng)力幅是主要影響因素,，除靜強度外，要特別校核螺栓變載應(yīng)力幅要小于許用應(yīng)力幅,。許用應(yīng)力幅得根據(jù)具體的螺栓尺寸,、材料和制造工藝來確定了，下圖可參考一下
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oilpig

曾經(jīng)的自我 發(fā)表于 2015-6-19 12:38
按照樓主的說法，這樣一個結(jié)構(gòu),，如果真的要算預(yù)緊力,，那你就可以按照書里面承受軸向載荷和工作拉力的這一節(jié) ...

# s9 o2 l# k- q9 a5 S0 f; v你好，感謝你的回答,。我有幾個疑問：
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0 d! x8 C9 _  J' V$ W  b1. 通過閱讀書籍,，我認為首先應(yīng)該根據(jù)工作載荷和連接緊密型的要求算出殘余預(yù)緊力,；然后根據(jù)材料的相對剛度和殘余預(yù)緊力計算出預(yù)緊力。你回復(fù)里的“0.5*屈服極限*危險截面積”應(yīng)該是作為校驗當前預(yù)緊力是否合適的,。
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! q9 X& U5 E0 o7 ]2. “選用比計算稍大的螺栓,，使得無論怎么預(yù)緊都比工作拉力大很多就行了”，前半句代表靜強度計算,，涉及到螺紋連接件的許用拉應(yīng)力和螺栓總拉力,，確實能保證不會斷；后半句說明殘余預(yù)緊力始終遠大于0,，確實保證不會宋,。但是我不太理解這怎么保證受軸向變載荷的連接沒有疲勞問題了？請賜教,！

oilpig

幸會幸會 發(fā)表于 2015-6-19 12:47
6 D  Q' \' h! R" ]7 k' ~# K受軸向變載的螺栓應(yīng)力幅是主要影響因素,，除靜強度外，要特別校核螺栓變載應(yīng)力幅要小于許用應(yīng)力幅,。許用應(yīng)力 ...

1 R% M0 Q/ w, j' t你好,，感謝的你回復(fù)。我在做疲勞強度的校核,。
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我在計算螺栓的最大應(yīng)力計算安全系數(shù)時遇到了問題,。其中有一個參數(shù)叫做有效應(yīng)力集中系數(shù)，我在查資料的時候發(fā)現(xiàn)都是“公稱直徑12mm的普通螺紋的拉壓有效應(yīng)力集中系數(shù)”,。但是我設(shè)計的螺紋的公稱直徑為2mm,，不知道能不能采用相關(guān)的系數(shù)，或者需要去其他地方找資料,？
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