如图所示凸缘联轴器采用4个铰制孔螺栓联接,已知联轴器传递的转矩1200N˙m,联轴器材料为灰铸铁HT250,其sigma;B=240MPa,螺栓材料为Q235,sigma;S=230MPa,[tau;]=sigma;S/2.5,[sigma;P]=sigma;B/2.25,螺栓分布圆直径D=160mm,螺栓杆与联轴器孔壁的最小接触长度Lmin=10mm,试确定螺栓直径? T D-|||-D.
如图所示凸缘联轴器采用4个铰制孔螺栓联接,已知联轴器传递的转矩1200N˙m,联轴器材料为灰铸铁HT250,其sigma;B=240MPa,螺栓材料为Q235,sigma;S=230MPa,[tau;]=sigma;S/2.5,[sigma;P]=sigma;B/2.25,螺栓分布圆直径D=160mm,螺栓杆与联轴器孔壁的最小接触长度Lmin=10mm,试确定螺栓直径?
题目解答
答案
解析
本题考查铰制孔螺栓联接的强度计算,涉及剪切强度和挤压强度的校核。解题核心在于:
- 计算总圆周力:利用转矩与分布圆直径的关系;
- 确定单个螺栓受力:总力均分至各螺栓;
- 剪切强度条件:基于螺栓横截面积计算直径;
- 挤压强度校核:验证孔壁接触面的应力是否在许用范围内。
1. 计算总圆周力
联轴器传递的转矩 $T=1200\,\text{N·m}$,分布圆直径 $D=160\,\text{mm}$,总圆周力为:
$F = \frac{2T}{D} = \frac{2 \times 1200 \times 10^3}{160} = 15000\,\text{N}$
2. 单个螺栓剪力
4个螺栓均分总力:
$F_\pi = \frac{F}{4} = \frac{15000}{4} = 3750\,\text{N}$
3. 剪切强度计算
剪切许用应力 $[\tau] = \frac{\sigma_S}{2.5} = \frac{230}{2.5} = 92\,\text{MPa}$,由剪切强度条件:
$\tau = \frac{F_\pi}{\frac{\pi d^2}{4}} \leq [\tau]$
解得螺栓直径:
$d = \sqrt{\frac{4F_\pi}{\pi [\tau]}} = \sqrt{\frac{4 \times 3750}{3.14 \times 92}} \approx 7.2\,\text{mm}$
4. 挤压强度校核
许用挤压应力 $[\sigma_p] = \frac{\sigma_B}{2.25} = \frac{240}{2.25} \approx 106.7\,\text{MPa}$,实际挤压应力为:
$\sigma_p = \frac{F_\pi}{d \cdot L_{\text{min}}} = \frac{3750}{7.2 \times 10} \approx 51.9\,\text{MPa} < [\sigma_p]$
满足强度要求。
5. 确定螺栓直径
查标准螺栓直径,取接近计算值 $d=7.2\,\text{mm}$ 的标准规格(如 $M8$),并重新校核。