机械设计---螺栓计算题

1. 用于紧联接的一个M16普通螺栓，小径d 1=14.376mm, 预紧力F ˊ=20000N,轴向工作载荷F =10000N,螺栓刚度C b =1 ×106N/mm,被联接件刚度C m =4×106N/mm,螺栓材料的许用应力[σ]=150N/mm 2;

（1）计算螺栓所受的总拉力F

（2）校核螺栓工作时的强度。

1. 解 （1）

2.010)41(1016

6

=⨯+⨯=+m b b C C C F C C C F F F F m

b b ++'=∆+'=0 =20000+0.2×10000=22000N

………………（5分） (2) ()

22

10

376.144220003.143.1⨯⨯==ππ

σd F ca =176.2N/mm 2>[]σ ………………（5分）

2.图c 所示为一托架，20kN 的载荷作用在托架宽度方向的对称线上，用四个螺栓将托架连接在一钢制横梁上，螺栓的相对刚度为0.3，螺栓组连接采用普通螺栓连接形式，假设被连接件都不会被压溃，试计算:

1) 该螺栓组连接的接合面不出现间隙所需的螺栓预紧力F´ 至少应大于多少？（接合面的抗弯剖面模量W=12.71×106mm 3）（7分）

2）若受力最大螺栓处接合面间的残余预紧力F ´´ 要保证6956N ， 计算该螺栓所需预紧力F ´ 、所受的总拉力F 0。（3分）

（1）、螺栓组联接受力分析：将托架受力 情况分

解成下图所示的受轴向载荷Q 和受倾覆力矩M 的两

种基本螺栓组连接情况分别考虑。

（2）计算受力最大螺栓的工作载荷F ：（1分）

Q 使每个螺栓所受的轴向载荷均等，为:)(50004

200001N Z Q F === 倾覆力矩M 使左侧两个螺栓工作拉力减小；使右侧两个螺栓工作拉力增加，值为：)(41.65935.22745.22710626412

max

2N l Ml F i i =⨯⨯⨯==∑=

显然，轴线右侧两个螺栓所受轴向工作载荷最大，均为：

)(41.1159321N F F F =+=

(3)根据接合面间不出现间隙条件确定螺栓所需的预紧力F ’：

预紧力F ’的大小应保证接合面在轴线右侧不能出现间隙，即

2）若F ’’ =6956N ，则：（3分）

3.一压力容器盖螺栓组连接如图所示，已知容器内径D=250mm ，内装具有一定压强的液体，沿凸缘圆周均匀分布12个M16（1d ＝13.835mm ）的普通螺栓，螺栓材料的许用拉应力[]180MPa σ=，螺栓的相对刚度/()0.5b b m c c c +=，按紧密性要求，剩余预紧力1F =1.83F ，F 为螺栓的轴向工作载荷。试计算：该螺栓组连接允许容器内的液体最大压强max p 及每个螺栓连接所需的预紧力0F 。

1、 计算每个螺栓允许的最大总拉力：

212[].........................24 1.3

20815.............................1d F N σπ=⨯=分分

2、 计算容器内液体最大压强

212max max 2.8........................1208157434.....................12.8/4. (112)

1.8

2..............................1a F F F F F N D F p p MP π=+==

===分

分分分 3、02...........................................2(208150.57434)17098......................1b b m C F F F C C N =-+=-⨯=分分

4． 一钢制液压油缸，缸内油压P ＝2.5MPa(静载)，油缸内径 D ＝125mm ，缸盖由6个M16的螺钉联接在缸体上.螺钉刚度 C b 与缸体缸盖的刚度 C m 之比为l/4，螺钉材料的性能等级为5.6级，安全系数取S ＝1.5，M16螺钉的小径d 1=13.835mm.若根据联接的紧密性要求，要求残余预紧力Q P ‘＞1.5F.试分析预紧力Q P 应控制在什么范围内才能满足此联接的要求?

解1.计算单个螺钉的工作拉力 F （2分）

油缸盖联接所受的载荷 F Σ=ppD 2/4，每个螺钉的工作拉力F ＝F Σ／6＝p ×pD 2/4/6＝2.5 p(125)2／4/6＝5113.27 N

2.计算允许的螺钉最大总拉力 Q （2分）

螺钉材料性能等级为5.6级， s s ＝300MPa ，许用应力[s]= s s /S ＝300/1.5＝200MPa.由强度条件 s ca ＝1.3Q/( pd 2/4)≤[s]

Q ≤pd 2[s]/4/1.3＝ p ×13.8352×200/4/1.3＝23127.83 N

3.求预紧力 Q p 的允许范围（2分）

1)按螺钉强度条件求允许的最大预紧力

Q ＝Q p 十C b /（C b +C m ）F ≤23127.83 N

∴ Q p ≤23127.83-0.2F ＝23127.83-0.2×5113.27=22105.17 N

2)按联接紧密性条件求最小的预紧力，根据联接紧密性要求，Q P ‘≥1.5F

∴ Q P ‘＝Q p - C m /（C b +C m ）F=Q p -0.8F ≥1.5F

即 Q p ≥1.5F 十0.8F ＝2.3F ＝l1760.52 N

由以上计算结果可知，预紧力Q p 应控制为

l1760.52 N ≤Q p ≤22105.17 N

5. 如图所示的螺栓组联接，已知外载荷F ＝5KN ，各有关几何尺寸如