YL12型凸缘联轴器上连接螺栓的可靠性设计.pdf

YL12型凸缘联轴器上连接螺栓的可靠 性设计 联轴器是机器传动中常用的部件。它主要用来联接轴与轴 （或轴与其它回转零件），以传递运动与转矩。凸缘联轴器是把 两个带有凸缘的半联轴器用键分别与两轴联接，然后用螺栓把两 个半联轴器联成一体，以传递运动和转矩。为保证凸缘联轴器的 正常工作，现就连接两半联轴器的螺栓可靠性设计。 1 螺栓的受力分析 设分布在凸缘联轴器上所有的螺栓材料、直径、长度、预紧 力均相同；螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合；受载后 联接接合面仍保持为平面。 螺栓在联接装配时，螺母需拧紧，在拧紧力矩的作用下，螺 栓除受预紧 F的拉伸而产生拉伸应力外，还受螺纹摩擦力矩T 的扭转而产生扭转切应力，使螺栓处于拉伸与扭转的复合应力状 态下。联轴器在正常工作时，转矩T作用在联接接合面内，采用 螺栓杆与孔壁间留有间隙的普通螺栓联接时，主要靠联接预紧后 在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩 T。 2 失效模式分析 基于以上对螺栓的受力分析，螺栓在工作过程中可能会在复 1 / 4 合应力下发生断裂现象。但对于M10-M64 普通螺纹的钢制螺栓 联接，在拧紧时虽然同时承受拉伸和扭转的联合作用，但在计算 时可以只按拉伸强度计算。 3 对YL12 凸缘联轴器上连接螺栓的设计过程 YL12 凸缘联轴器(如图所示)，用六个普通螺栓联接，螺栓分 布在 D=100 的圆周上，若联轴器传递转矩T=1500N. ，螺 栓用45 号钢，联轴器本体材料用A3 钢，设计可靠度R=0.999 时 的螺栓杆径尺寸。 3.1 常规设计 选螺栓性能等级为4.6 级，可查得：σS=240Mpa 取S=1.5，f=0.16 ，KS=1.2，得 （1） 因为 F′f≥KS R （2 ） 所以 （3 ） （4 ） 式中：S——螺纹连接安全系数 f——接合面的摩擦系数 KS—— 防滑系数，KS=1.1~1.3 F′——螺栓预紧力，单位N d1——螺栓危险截面的直径，单位 2 / 4 [σ]——螺栓材料的许用拉应力，单位为Mpa 按强度要求d1≥14.573，选取M16 螺栓。 3.2 可靠性设计 ①应力均值 σ=DF′/d12 （5） ②应力标准 Sσ=GF′/d12 （6） 式中，D、G 为分析螺栓复合应力的两个计算参数，它们可 由第四强度理论得到，计算式为： 设螺栓、螺母不作表面处理，无润滑拧紧，查得： 可求得: D=1.71，G=0.185 故应力均值与标准差可表示为 ③ 由性能等级及螺栓材料得，σS=240MPa，CσS=0.06，则 SσS= 14.4MPa 。 可靠度要求R=0.999，查表得：μR=3.1。 建立联结方程: （7 ） 求解得:d1=10.686mm。 ④按标准及结构要求取d=12mm，即为M12 螺栓。 3 / 4 通过上述二种方法的计算结果比较可知 :常规机械设计由于 安全系数选取相对保守，所以导致螺栓直径相对较大，造成了结 构尺寸的相应增大，浪费了材料，提高成本;可靠性设计能较好地 说明螺栓的工作情况，在一定的可靠度要求下能得到相对较小的 结构。 4结束语 4.1 从实例的计算过程可以看出，可靠性设计方法将设计参 数作为随机变量处理，是在确定了产品破坏概率的前提下进行的 准确计算。因此，以概率论和数理统计等作为工具的可靠性设计 方法，与常规设计方法相比，去除了主观的人为因素在设计过程 中的影响，综合考虑了外界条件变化，设计结果更贴近实际，故 得到了更为广泛的应用。 4.2 将螺栓联接可靠性设计结果与传统设计