YL12型凸缘联轴器上连接螺栓的可靠性设计.doc

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，螺栓除受预紧力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=100mm的圆周上，若联轴器传递转矩T=1500N.m，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：S=240Mpa 取S=1.5，f=0.16，KS=1.2，得 （1） 因为 FfKS 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=1.11.3 F螺栓预紧力，单位N d1螺栓危险截面的直径，单位mm 螺栓材料的许用拉应力，单位为Mpa 按强度要求d114.573，选取M16螺栓。 3.2 可靠性设计 应力均值 =DF/d12（5） 应力标准差 S=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 由性能等级及螺栓材料得，S=240MPa，CS=0.06，则SS= 14.4MPa。 可靠度要求R=0.999，查表得1：R=3.1。 建立联结方程: （7） 求解得:d1=10.686mm。 按标准及结构要求取d=12mm，即为M12螺栓。 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结果相比较，证明可靠性设计是比较科学、合理的。