螺纹连接件应力分析
机械设计第05章螺栓
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一、螺栓组连接的结构设计
目的：确定螺栓数目及布置形式。
要求：设计时综合考虑以下六个方面问题 1、连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、三角形等。便于对称布置螺栓， 使螺栓组的对称中心和连接接合面的形心重合，从而保证连接 接合面受力比较均匀。
为保证连接的需要，且又要防止螺纹超载而破坏，一般要
控制预紧力F0；螺栓拧紧后，预紧应力不得超过其材料的屈
服限σs的80%。
预紧力的限制
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控制预紧力的方法： 利用控制拧紧力矩的方法来控制预紧力的大小。通常可采
用测力矩扳手或定力矩扳手，对于重要的螺栓连接，也可以 采用测定螺栓伸长的方法来控制预紧力。
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二、螺纹主要参数 螺纹可分左旋和右旋。
1、大径d：公称直径。
32、、中小径径dd21：：最d 2小 直12 (径d1，强d 2度) 算动用力。、运动、几何分析中用。
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4、线数n：螺纹的螺旋线数目。n≤4。 n↑→效率↑→自锁性↓，n↓→自锁性越好。 因此，常用联接的螺纹要求自锁性，一般为单线。
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2）工作载荷为变载荷(螺栓的疲劳强度进行精确校核)
工作载荷在0～F变化时螺栓总拉力在F0～ F2
F0
Cb
Cb Cm
F
之间变化。
如果不考虑螺纹摩擦力矩的扭转作用
螺栓的最大拉应力为： max
F2
1 4
d12
螺栓的最小拉应力为： min
螺纹剪应力 弯应力
螺纹剪应力弯应力
螺纹剪应力和弯应力是材料力学中的两个重要概念，它们在材料的强度和稳定性方面起着至关重要的作用。
本文将从螺纹剪应力和弯应力的定义、计算方法、影响因素等方面进行探讨。
螺纹剪应力是指在螺纹连接中，由于受到剪切力的作用，导致螺纹剪断的应力。
螺纹剪应力的计算公式为τ=2F/(πdL)，其中F为剪切力，d为螺纹直径，L为螺纹长度。
螺纹剪应力的大小与螺纹的直径、长度、材料强度等因素有关。
弯应力是指在杆件受到弯曲力作用时，杆件内部产生的应力。
弯应力的计算公式为σ=M*y/I，其中M为弯矩，y为截面离中心轴的距离，I为截面惯性矩。
弯应力的大小与杆件的截面形状、尺寸、材料强度等因素有关。
螺纹剪应力和弯应力在材料的强度和稳定性方面起着至关重要的作用。
在螺纹连接中，螺纹剪应力的大小决定了连接的强度和稳定性。
如果螺纹剪应力过大，就会导致螺纹剪断，从而使连接失效。
在杆件的弯曲过程中，弯应力的大小决定了杆件的强度和稳定性。
如果弯应力过大，就会导致杆件的变形和破坏。
除了上述因素外，螺纹剪应力和弯应力的大小还与材料的弹性模量、材料的屈服强度、载荷的大小和方向等因素有关。
因此，在设计和使用材料时，需要综合考虑这些因素，以确保材料的强度和稳定性。
螺纹剪应力和弯应力是材料力学中的两个重要概念，它们在材料的强度和稳定性方面起着至关重要的作用。
在实际应用中，需要综合考虑各种因素，以确保材料的强度和稳定性。
螺纹接触面受力分析报告
螺纹接触面受力分析报告一、引言螺纹连接是机械制造中常用的连接方式之一，其与螺纹接触面的受力分析对于设计和安装具有重要意义。
本报告旨在通过理论分析和实验测试，对螺纹接触面的受力情况进行详细研究和分析，以期为相关领域的工程设计提供理论指导和实践经验。
二、螺纹连接的基本原理螺纹连接是通过螺纹副的配合，利用螺纹摩擦力和压力将零件连接在一起的一种方式。
螺纹连接的基本原理是通过螺纹的轴向拉力和径向压力使得螺纹接触面产生正常力和剪切力，从而实现零件的连接和传递力学性能。
三、螺纹接触面受力的理论分析1. 接触面的正应力分布螺纹接触面的正应力是由螺纹轴向拉力和径向压力共同作用产生的。
根据静力学原理和弹性力学理论，可以通过螺纹连接的几何参数和力学参数来计算接触面的正应力分布情况。
2. 接触面的剪应力分布螺纹接触面的剪应力是由螺纹轴向拉力和径向压力的共同作用产生的。
通过对螺纹副的配合间隙和材料力学性能进行分析，可以计算出接触面的剪应力分布情况。
四、实验测试结果及分析为验证理论分析的准确性，我们进行了一系列的实验测试。
我们选择了一种常用的螺纹连接，通过拉力试验和剪力试验来测试螺纹接触面的受力情况。
1. 拉力试验通过在螺纹连接上施加不同的拉力，记录螺纹接触面的变形情况和应力变化，得到了实验数据。
实验结果与理论分析基本一致，验证了理论模型的正确性。
2. 剪力试验通过在螺纹连接上施加不同剪力，记录螺纹接触面的变形情况和应力变化，得到了实验数据。
实验结果也与理论分析的结果相吻合，证明了理论模型的有效性。
五、螺纹接触面的优化设计通过理论分析和实验测试，我们发现螺纹接触面的受力情况与材料性能、几何参数及力学参数密切相关。
在实际设计中，我们可以通过优化这些参数来提高螺纹接触面的受力性能和连接强度。
例如，选择合适的材料、减小配合间隙、增大螺纹副的接触面积等。
六、结论通过对螺纹接触面受力的理论分析和实验测试，我们得出了以下结论：1. 螺纹接触面的受力分布与螺纹轴向拉力和径向压力有关；2. 接触面的正应力和剪应力呈现不均匀分布的特点；3. 优化设计螺纹连接的材料、几何参数和力学参数可以提高连接的强度和可靠性。
螺栓应力集中位置
螺栓应力集中位置全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：我们先来了解一下什么是螺栓应力集中位置。
螺栓应力集中位置指的是在螺栓周围产生应力集中的区域，这是由于螺栓与被连接件之间的形状不匹配或者受到外力作用而产生的。
应力集中会导致螺栓断裂或者变形，从而影响机械设备的运行和安全性。
影响螺栓应力集中位置的因素有很多，主要包括以下几个方面：1. 螺栓预紧力不均匀：螺栓在安装时受到的预紧力不均匀，会导致螺栓在受力时产生应力集中现象。
2. 螺栓长度不足：如果螺栓长度不足，无法完全穿透被连接件，会导致连接件之间存在间隙，使得螺栓承受更大的应力。
3. 螺栓表面质量不良：螺栓表面存在磨损、裂纹等缺陷，会降低其承受能力，容易产生应力集中。
4. 螺栓材料选择不当：螺栓的材料强度不足或者选择错误，也会导致螺栓在受力时发生应力集中。
为了预防螺栓应力集中现象，我们可以采取以下几种措施：1. 合理设计螺栓连接结构：在设计螺栓连接结构时，应考虑螺栓与被连接件之间的形状匹配度，避免出现应力集中现象。
2. 均匀施加预紧力：在安装螺栓时，应均匀施加预紧力，避免螺栓受力不均匀而产生应力集中。
3. 选择合适的螺栓材料：在选择螺栓材料时，应根据实际使用环境和要求选择合适的材料，以确保螺栓能够承受相应的载荷。
4. 定期检查螺栓连接：定期检查螺栓连接的状态，及时发现问题并采取维护措施，可以有效预防螺栓应力集中现象的发生。
螺栓应力集中位置是影响螺栓连接稳定性和使用寿命的重要因素，我们在使用和设计螺栓连接时应该引起足够的重视。
通过合理设计、合理安装和定期检查，可以有效预防螺栓应力集中现象的发生，确保机械设备的安全运行。
希望本文可以对读者有所帮助，谢谢！第二篇示例：螺栓是一种用于连接两个或多个零部件的机械元件，常用于机械设备、汽车、船舶等领域。
螺栓在连接过程中承受着拉伸力、剪切力和扭矩等不同类型的载荷，因此螺栓的设计和安装必须符合一定的规范和标准，以确保连接的可靠性和安全性。
螺栓危险截面的应力状态
螺栓危险截面的应力状态一、引言螺栓是一种常用的连接元件，广泛应用于工程领域。
在使用过程中，螺栓的安全性是至关重要的，而螺栓危险截面的应力状态是决定螺栓承载能力的关键因素之一。
本文将对螺栓危险截面的应力状态进行深入探讨，以期加深对螺栓连接的理解。
二、螺栓危险截面的定义螺栓危险截面是指在受力过程中应力集中的位置，也是螺栓最容易发生破坏的地方。
螺栓连接中常见的危险截面包括螺纹根部、螺纹侧面、螺纹顶部等。
三、螺栓危险截面的应力分析螺栓危险截面的应力状态可以分为拉伸、剪切和扭矩三种情况。
1. 拉伸应力螺栓在承受拉力时，危险截面会受到拉伸应力的作用。
拉伸应力会导致螺栓断裂，因此在设计螺栓连接时，需要确保危险截面的拉伸应力不超过螺栓材料的屈服强度。
2. 剪切应力螺栓在受到剪力作用时，危险截面会受到剪切应力的影响。
剪切应力会导致螺栓剪断，因此在设计螺栓连接时，需要确保危险截面的剪切应力不超过螺栓材料的屈服强度。
3. 扭矩应力螺栓在承受扭矩作用时，危险截面会受到扭矩应力的作用。
扭矩应力会导致螺栓断裂或者螺纹失效，因此在设计螺栓连接时，需要确保危险截面的扭矩应力不超过螺栓材料的屈服强度。
四、螺栓危险截面的影响因素螺栓危险截面的应力状态受到多种因素的影响，包括螺纹形状、螺栓预紧力、接触面状态等。
1. 螺纹形状螺纹的形状对螺栓危险截面的应力分布有着重要影响。
螺纹形状合理的螺栓可以减小应力集中的程度，提高螺栓的承载能力。
2. 螺栓预紧力螺栓的预紧力会改变螺栓危险截面的应力状态。
适当的预紧力能够增大螺栓的摩擦力，减小螺栓松动的可能性。
3. 接触面状态螺栓与连接件之间的接触面状态对螺栓危险截面的应力分布有着重要影响。
良好的接触面状态可以减小应力集中的程度，提高螺栓的承载能力。
五、螺栓危险截面的加强措施为了提高螺栓连接的安全性，可以采取以下措施加强螺栓危险截面。
1. 增加螺纹长度增加螺纹长度可以增加螺栓的摩擦力，减小应力集中的程度。
螺纹连接受力分析
螺纹连接受力分析螺纹连接受力分析一、 螺纹强度校核把螺母的一圈螺纹沿大径展开，螺杆的一圈螺纹沿小径展开，视为悬臂梁，如图。
相关参数：轴向力F ，旋合螺纹圈数z （因为旋合的各圈螺纹牙受力不均，因而z 不宜大于10）； 螺纹牙底宽度b ，螺纹工作高度h ，每圈螺纹牙的平均受力为F z ，作用在中径上。
螺母——内螺纹，大径、中径、小径分别为D 、2D 、1D 。
螺杆——外螺纹，大径、中径、小径分别为d 、2d 、1d 。
1. 挤压强度螺母一圈挤压面面积为2D h π，螺杆一圈挤压面积为2d h π。
螺母挤压强度2[]pp F F z A D hπσ==≤σ F/zAπDπD2πD1Ab螺母的一圈沿大径展开F/zAπd1πd2πdAb螺杆的一圈沿小径展开[]b σ：螺纹牙的许用弯曲应力，对钢材，[]1~1.2[]b σσ=2. 自锁性能自锁条件vψψ≤，其中，螺旋升角22arctan arctanSnp d d ψππ==，螺距、导程、线数之间关系：S =np ； 当量摩擦角arctan arctancos vv ff ψβ==， 当量摩擦系数cos v f f β=f为螺旋副的滑动摩擦系数，无量纲，定期润滑条件下，可取0.13～0.17；β为牙侧角，为牙型角α的一半，2βα=3. 螺杆强度1、 实心螺杆[]21FF =A d4σσπ=≤2、 空心 按实际情况计算3、 普通螺纹[]22c 1F F F =A H d d -446σσππ==≤⎛⎫⎪⎝⎭cd ：普通螺纹螺栓拉断截面，是一个经验值，其经验计算公式为c1H dd 6=-其中，[]σ为材料的许用拉应力，[]sn σσ=，sσ为屈服应力，为安全系数，一般取3～5。
二、 螺栓连接强度4. 预紧力计算：一般，螺栓预紧应力可达到材料屈服应力的50%~70%。
T ：预紧力矩，0T K F d =⋅⋅，K 为拧紧力系数，d为螺纹公称直径， 0F ：预紧力，00sFA σ=⋅σ：预紧应力，00.5~0.7sσσ=，sσ为材料屈服应力s A ：螺纹部分危险剖面的面积，24ss Ad π=⋅sd ：螺纹部分危险剖面的计算直径，()23s d d d =+，316dd H =-，5. 松螺栓连接松螺栓连接，工作载荷F ，螺栓危险截面强度[]21FF=A d4σσπ=≤6. 紧螺栓连接紧螺栓连接，无工作载荷时。
机械设计基础-螺栓连接许用应力
3）热处理后再进行滚压螺纹，效果更佳，强度↑70~100%，此法具有优质、高产、低消耗功能。
4）控制单个螺距误差和螺距累积误差。
教学方法：多媒体教学，结合工程实际分组讨论
课程作业或思考题：
1、螺栓组联接受力分析中，联接受什么载荷？采用什么螺栓时，螺栓只受预紧力F′？联接受何种载荷时，螺栓同时受到预紧力F′和工作载荷F？
任课老师（职称）：周晓良（讲师）
授课对象及时间：2013级综合班、2012五年制班
授课题目（章节）：螺栓连接许用应力和安全系数
教具：多媒体
基本教材：陈立德《机械设计基础》（第四版）
课时安排：3
教学目的（分掌握、熟悉、了解三个层次）：
1.掌握提高螺栓联接强度的措施
2.熟悉螺纹连接件的材料和许用应力；
教学重点、难点#
教学后记：
教研室主任意见：
5~4
4~2.5
2.5
7.5~5
5
6~7.5
螺纹连接的许用应力见表7－8。
二、提高螺栓联接强度的措施
1、改善螺纹牙间载荷分布不均状况
a)悬置螺母——强度↑40%（母也受拉，与螺栓变形协调，使载荷分布均匀）
b)环槽螺母——强度↑30%（螺母接近支承面处受拉）
c)内斜螺母——强度↑20%（接触圈减少，载荷上移）
2、螺栓和被联接件的刚度对螺栓的总拉力F0有何影响？采用什么措施可以减小螺栓的刚度和提高被联接件的刚性？
3、联接螺纹都是自锁的，为何螺纹联接中大多数联接仍采用防松措施？说明各种防松方法的原理和常用结构
参考资料或常用网址：韩玉成.机械设计基础.北京.电子工业出版社；庄宿涛.成都.西南交通大学出版社；徐刚涛.北京.高等教育出版社；http//
高强度螺栓螺纹根部应力集中的有限元分析
因此， 不建议用增大螺栓螺距的方法来缓解螺纹 根部的应力集中。
%# 结论
（&） 在螺栓与螺母的联接组合中， 离支承面 越近， 螺栓螺纹根部的应力越大， 其最大应力出现 在螺栓与螺母啮合第一扣的螺栓螺纹根部， 因此 此处最容易发生断裂， 这与螺栓的实际断裂位置 是一致的， 说明本文建立的有限元接触分析模型 是正确的， 分析结果是可靠的。 （’ ） 对于标准 ($) 粗牙螺栓， 增大螺纹根部 圆角半径可以显著降低螺栓螺纹根部的应力， 从 而缓 解 应 力 集 中， 当 半 径 从 *" )+,, 增 大 到 &" *$,,时， 应力值降低超过 &!- ， 但是当半径增 大到一定程度后， 继续增大半径对螺纹根部应力 的影响较小。 （! ） 减小 ($) 螺栓的螺纹深度， 使得螺纹根 部圆角半径进一步增大， 可以进一步降低螺栓螺 纹根部的应力。而且在半径相同的情况下， 螺纹 深度越小， 螺纹根部的应力也越小。 （% ） 依靠增大螺距来降低 ($) 螺栓螺纹根部 的应力， 效果不明显。 参考文献：
) ) 普通三角形螺纹根部应力集中系数大， 使得 现在使用的高强度螺栓存在严重的安全隐患， 而 且也严重影响了螺栓向更高强度发展。某 /%0 高强度螺栓从螺栓与螺母啮合的第一扣处螺纹根 部发生断裂， 严重影响了结构的安全可靠性。因 此， 有必要研究 /%0 高强度螺栓螺纹根部的应力 集中情况， 寻求减少螺纹根部应力集中、 改善螺纹 处应力分布的途径， 从而确保 /%0 高强度螺栓的 安全使用。 减少螺栓螺纹根部应力集中、 改善应力分布一 般可以通过以下方法实现： 一是增大螺纹根部的圆 角半径； 二是增大螺栓螺纹根部直径 （ 即减小螺纹 深度） ； 三是改变螺栓与螺母联接的结构
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螺纹联接件应力分析
美国ANSYS股份有限公司
上海代表处
•在工程、机械结构中螺栓--螺母联接是一种常用的紧固方式。
零件很小，但受力情况比较复杂。
为了能得到比较实用的结果，先按如下过程分二步进行应力分析。
•一、整体分析
•包含对螺栓、螺母、夹板及相互之间的接触分析。
模型规模较大，为了减少计算工作量，不考虑工件各处的圆角，另外略去螺母两端的过度圈，加载时先让其产生预紧拉力，再拧动螺栓，使其与实际受力，相对位移情况相同。
•具体计算条件如下：
• 1. 螺纹直径5mm,螺距0.5mm，三角形螺纹。
• 2. 紧固板厚4mm。
• 3. 有效接触圈数7圈。
• 4. 紧固扭距720N-mm。
• 5. 所有接触面间摩擦系数0.15.
•具体模型的螺栓应力\位移,接触面间的压力,螺母,中间板的应力见图2～图6.
•由于单元划分较粗,螺纹底部的应力集中没有反映出来,因此应力数值偏低
•二、细节分析
–取出螺栓的一个径向切面进行细节分析，根据整体分析得到的螺栓中的拉应力和接触面压力来确定径向切片点上的压力。
在螺纹底部
，若不考虑圆角，则在相同的载荷情况下，应力与单元划分的大小
密切相关。
从弹性力学的观点看，该点是一个应力奇点。
理论应力
无限大，实际情况并否如此。
因总有刀具圆角存在，圆角的大小决
定了该点的应力集中系数。
先取刀具圆角为0.01mm 进行计算，为了得到比较可靠的结果，对圆角圆弧线分别以２,4,6,8,10,12等分，
再划分单元，图７，图８表示单元划分情况，图９表示圆弧中点应
力随等分数的变化，可看到在１０等分、１２等分时最大应力结果
以基本不变，最后以１２等分时的结果为准。
•具体计算时再分二种情况
–１. 螺母厚度４mm、有效螺牙７圈，
–计算结果见图１０,１１,１２；
– 2. 螺母厚度３mm。
有效螺牙５圈，
–计算结果见图１３，１４。
图1 螺栓几何模型
图 2 螺栓中的应力图 3 螺栓位移
图 4 接触面上的压力图 5 中间夹板应力
图 6 螺母中应力图7 单元及载荷
图8 逐步细分单元图
图9 圆角中点应力与等分数的关系
图10 轴向应力(t=4)
图11 轴向应力径向分布曲线(t = 4)
图12 Mises 应力分布(t = 4)
图13 轴向应力径向分布曲线(t = 3)
图14 Mises 应力分布(t = 3)。