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

oilpig

  v9 U: t; f8 w' ~
大家好,，請(qǐng)教關(guān)于螺栓預(yù)緊力的設(shè)計(jì),。

如圖所示,，工件在工作臺(tái)上以最大0.01m/s的速度往復(fù)運(yùn)動(dòng)。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(jìn)行固定,。

我現(xiàn)在的問(wèn)題是螺栓螺紋的預(yù)緊力應(yīng)該怎么確認(rèn),。一定的預(yù)緊力對(duì)于螺紋連接的可靠性和連接件的疲勞強(qiáng)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(lái)確定預(yù)緊力的方法,。請(qǐng)問(wèn)各位，有什么方法確定只受軸向載荷的預(yù)緊力呢,？謝謝,！

5 `, K- \- J( g3 f參考資料：西北工業(yè)大學(xué)的第九版的《機(jī)械設(shè)計(jì)》

709079691

  橫向載荷X螺紋升角是什么,？

水水5

機(jī)械設(shè)計(jì)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(xué) 第七版 濮良貴主編   72頁(yè)  
5 d' o- y: u( J$ j( p9 f緊螺栓連接計(jì)算,，雖然沒(méi)有直接給出預(yù)緊力的計(jì)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(duì)剛度有關(guān),。
雖然你的螺栓在工作中只承受軸向拉力,，但是擰緊的過(guò)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(zhǔn)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

8 R7 D, y4 [' J+ y% ]

水水5 發(fā)表于 2015-6-16 09:14
機(jī)械設(shè)計(jì)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(xué) 第七版 濮良貴主編 ...

2 z$ p0 W+ K, Z, Q我理解的預(yù)緊力主要是防止連接件相對(duì)滑移,。對(duì)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(lái)回拉動(dòng)，使得螺紋連接松掉,？
3 f: m1 X$ T+ H, f2 T" ~6 A
, i$ u" ^4 E8 P- `那么設(shè)計(jì)思路是不是就是這樣的,，
3 F0 s: X. w. w0 W- b; G
0 `7 \3 S+ W6 L  C$ `  r+ u1. 直接根據(jù)工況確定殘余預(yù)緊力，查的資料,，對(duì)于工作載荷不穩(wěn)定時(shí),，殘余預(yù)緊力=（0.6～1.0）工作拉力
. w' }' u) |+ ~! {2. 由殘余預(yù)緊力+工作拉力確定螺栓總拉力
3 U. W0 @9 L7 \  U/ m- l: F! t3. 由總拉力，螺栓材料,，性能等級(jí)確定螺栓的直徑
4.檢驗(yàn)設(shè)計(jì)
) `7 i' w5 l' X; Z3 N     4.1 根據(jù)螺栓及連接件的材料確定相對(duì)剛度,，借此算出總拉力變動(dòng)范圍（怎樣判斷變動(dòng)范圍是不是適合自己的應(yīng)用？）
6 {+ T$ u3 E6 u# P     4.2 反算出預(yù)緊力,，對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn),，不能超過(guò)上限
     4.3 對(duì)其進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算，校核螺栓的疲勞強(qiáng)度

水水5

oilpig 發(fā)表于 2015-6-16 10:12
# c: D' ]# i0 `! ?9 k. ?我理解的預(yù)緊力主要是防止連接件相對(duì)滑移,。對(duì)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) ...

同意
速度很低，疲勞就不用校核了吧
, r' t" m& o( a! q: o4 D$ s* W( M

曾經(jīng)的自我

按照樓主的說(shuō)法,，這樣一個(gè)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,。
) H- q1 e1 S( ?5 k那預(yù)緊力就很簡(jiǎn)單,，碳素鋼0.6*屈服強(qiáng)度*螺栓危險(xiǎn)截面積。然后按照上面公式去套用,，根據(jù)材料等來(lái)選擇螺栓的相對(duì)剛度,，結(jié)合你螺栓的工作拉力45N，去驗(yàn)證是否合理安全,。當(dāng)然,，疲勞也可以按后面的公式計(jì)算。
, A' W6 ?* s4 `( @# o- \計(jì)算其實(shí)很簡(jiǎn)單，不必想的過(guò)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,。
, e( |  J+ E0 N* A) \; {8 X另外，根據(jù)這個(gè)情況,，我覺(jué)得根部不需要去計(jì)算什么預(yù)緊力,，原因如下：
1.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(wèn)題了,，4.8級(jí),，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(gè)應(yīng)力的變化太小了，以至于工作拉力對(duì)預(yù)緊力產(chǎn)生不了什么影響的,，所以沒(méi)有必要去算,；
3 X+ I) I' n1 K5 d9 K2.工作拉力能計(jì)算，但是怎么控制和實(shí)現(xiàn),，你不可能去采用負(fù)載的拉力測(cè)量設(shè)備,，而最常見的是扭矩扳手，這里就有一個(gè)扭矩的測(cè)量問(wèn)題,，簡(jiǎn)化點(diǎn)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(cè)量,，不同批次螺栓,，不同的墊圈，k差異很大,，達(dá)到什么程度,，舉例說(shuō),，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(gè)值去做,，很多螺栓可能斷掉,，除了螺栓質(zhì)量問(wèn)題，就是扭矩系數(shù)的差異了。實(shí)際很多重要部位的螺栓,，特別是規(guī)格大的,，高強(qiáng)度的，都要有扭矩要求,，甚至要測(cè)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(méi)有太大意義,。最多只能將預(yù)緊力控制到一定范圍,，這個(gè)范圍可能很大。對(duì)于很小規(guī)格的螺栓,， 我個(gè)人認(rèn)為是測(cè)不出這個(gè)數(shù)據(jù)的,，也沒(méi)有人回測(cè)。
4 Y% n* f: v% G9 A! W! R建議選用比計(jì)算稍大的螺栓,，使得無(wú)論怎么預(yù)緊都比工作拉力大很多就行了
0 ]0 Z. n- p) \3 o, a' j- v% b' [這樣就不會(huì)斷,，也不會(huì)松，當(dāng)然也沒(méi)有疲勞問(wèn)題

幸會(huì)幸會(huì)

受軸向變載的螺栓應(yīng)力幅是主要影響因素,，除靜強(qiáng)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(lái)確定了,，下圖可參考一下

5 l) u2 l" L9 U0 Z

oilpig

曾經(jīng)的自我 發(fā)表于 2015-6-19 12:38
按照樓主的說(shuō)法,，這樣一個(gè)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) ...

5 ~1 O, y6 ~: h你好,，感謝你的回答。我有幾個(gè)疑問(wèn)：
' d) B. w6 Y; E0 F! ^
1. 通過(guò)閱讀書籍,，我認(rèn)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(duì)剛度和殘余預(yù)緊力計(jì)算出預(yù)緊力。你回復(fù)里的“0.5*屈服極限*危險(xiǎn)截面積”應(yīng)該是作為校驗(yàn)當(dāng)前預(yù)緊力是否合適的,。
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2. “選用比計(jì)算稍大的螺栓,，使得無(wú)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(qiáng)度計(jì)算,，涉及到螺紋連接件的許用拉應(yīng)力和螺栓總拉力,，確實(shí)能保證不會(huì)斷；后半句說(shuō)明殘余預(yù)緊力始終遠(yuǎn)大于0,，確實(shí)保證不會(huì)宋,。但是我不太理解這怎么保證受軸向變載荷的連接沒(méi)有疲勞問(wèn)題了,？請(qǐng)賜教！

oilpig

幸會(huì)幸會(huì) 發(fā)表于 2015-6-19 12:47
7 g3 j' `" e/ W% V6 a7 w受軸向變載的螺栓應(yīng)力幅是主要影響因素,，除靜強(qiáng)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 ...

9 R6 T, @: G7 ~$ A你好,，感謝的你回復(fù),。我在做疲勞強(qiáng)度的校核。

我在計(jì)算螺栓的最大應(yīng)力計(jì)算安全系數(shù)時(shí)遇到了問(wèn)題,。其中有一個(gè)參數(shù)叫做有效應(yīng)力集中系數(shù),，我在查資料的時(shí)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(jì)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？