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1、螺栓连接的可靠性设计 紧螺栓连接又分为只受预紧力的和不仅受预紧力同时还承受工作 载荷的两种。这里只讨论后一种较复杂的情况。与松螺柱连接一 样,在轴向静载荷作用下螺柱强度的分布规字呈正态分布,其强 度均值及变差系数的估算值亦见表134。试验表明,控制预紧力与不字制预紧力,在同时承受工作载荷 的情况下,螺柱强度无明显差别。设拉应力SL沿螺栓横截面均 匀分布,但由于载荷分布、几何尺寸分布等因素的影响,使每 个螺栓的应力值的大小也不一样,通常假定它为正态分布。可 靠性设计准则亦可用式(137)表达,但此处的含义是:螺栓材 料的屈服极限大于螺栓应力的概率必须大于或等于设计所要求 的可靠度。可靠性设计内容
2、有;(1)确定螺栓的应力分布、计算应力的均值及标准差;(2)选择螺栓材料,确定其强度分布及强度均值和标准 差;(3)用联结方程求螺栓直径;(4)敏感度分析。1.紧螺栓连接的受力模型承受预紧力和 工作拉应力的紧 螺栓连接在预紧力和轴向载荷联合作用下 的紧螺栓连接,螺栓和被连接件 的受力和变形的关系可用左图来 表示。如图,在预紧力F的作用 下,螺栓所受拉力与被连接件所 受压力大小相等,均为F,而螺 栓伸长量 , 被连接件缩短量 。在工作载荷作用下,螺栓总拉 力增至F,力增量为FF,导致 螺栓伸长的增量为 式子 F 剩余预紧力 ,C1 螺栓刚度,C2 被连接件的刚度, 相对刚度。被连接件相应放松,使
3、压力减小为剩余须紧力F,压力减小了 F-F,导致被连接件回弹量 且 根据这些关系可求得在须紧力F和铀向工作载荷联合作用下 ,螺栓的总拉力F为:(1)(2)在相对刚度表达式中,C1可比较精确的算出,而C2则难以计算确 定。对于重要的螺栓连接,C2可采用实验测定。当缺少实验测定 是,通常可作为定值处理,如下表所示:在工作载荷Fg作用下连接处出现狭缝是不允许的。为此应该使残余预 紧力F大于零。可取 系数K见下表:将上式代入(1)就可建立起F与Fg的关系(3)(4)也可以根据连接的工作条件及要求先选择预紧力F再将上式代入(2)中,建立F与Fg的关系:式中 预紧系数,见 下表:(5)(6)利用(4)或(
4、6)求得螺栓所受的总拉力F后,以其危险截面的 面积除,就可以得到螺栓的总拉力值:(7)除受拉力外预紧螺栓还受扭应力。预紧时拧紧螺母的拧紧力矩T 用于克服螺纹副的螺纹力矩T1 和螺母螺母与其支承面间的摩擦力矩T2,即:(11)式中:F为预紧力; 为螺栓中径升角; 为螺纹副的摩擦角;d2为螺纹 直径;fc螺母与支承面(垫圈或被连接件与螺母的接触表面)的摩擦系数 ;D1为螺母承压面外径;do为螺栓孔直径;d为螺栓直径;Kt称为扭转系 数。而 及Kt 有可表示为: (9)(10)(8)式中 nt导程。n为螺纹头数;t为螺距。对于连接用螺 纹,螺纹头数取1f螺纹间的摩擦系数,见下表由(8)可知:对于给定的螺纹连接,预紧力F是拧紧力及扭 矩系数Kt的函数,即将(8)中的 展开,得连接用螺栓的螺纹均为单头(n=1),所以 1 ,故得(12)代入(8)中的T1,得螺纹力矩螺纹力矩T1使螺栓受扭,扭应力为:拉应力SL及扭应力 组成的复合应力为:(13)(14)(15)(16)谢谢