收稿日期 20010509
作者简介 丁应生(1940) 男 副教授 事机械设计制造工艺教学研究
振动机械电机安装板设计
丁应生
(武汉工业学院 湖北 武汉 430023)
摘 分析振动机械电机安装板工作特点 述联接螺栓组设计计算方法加工安装方面技术求
关键词振动电机电机安装板螺栓联接
中图分类号TH 123 文献标识码A 文章编号10036202(2001)08 001302
1 问题提出
振动电机激振振动机械 包括振动筛振动流化床
振动输送机等 实现种物料筛分干燥输
送 必须调节床体振动方结构 床体两侧
装 1 振动电机机器 通常利称电机安装板
零件 电机安装电机安装板 安装板床体相联 安
装板床体间螺栓联接 图 1 示 图 1 结
构 拆安装板床体联接螺栓组 安装板绕中心转
1 干螺孔距 然装螺栓组 便实现电机
方位床体振动方调节 实际工作中出现电机安装
板床体联接螺栓断裂事例 分析计算认
识 原 方面螺栓强度安全系数够 方面
加工安装中存问题 例接合面面度误差
导致螺栓受力均等等 两方面素结合 造成螺栓断
裂 该螺栓组受力工况特殊性 没现成设计计
算模式套 根受载特点 结合文献认原
探求合适设计计算方法 时 加工安装考虑
类振动机械数零件钣金结构件 容易电机安装
板成钣金结构件 没细致考虑特殊求
例 安装零件接合面否进行切削加工 者然
安排切削加工 否考虑加工方法(焊接)切削加工
面终精度影响等等 文电机安装板设计
包括联接螺栓组设计计算方法加工 装配中相关技
术求 提出全面研讨见解 达确保该零件联接
节省安全运行目
图 1 电机电机安装板 图 2 螺栓组受力图
2 联接螺栓组设计计算
21 螺栓组受载特点工作求
图 2 螺栓组受力图 螺栓受力振动电机激
振力 电机偏重惯性力 Pg 偏重半径处安装板
底面(接合面)成 α角某意位置时 Pg 分解成行
底面分力 PgH垂直底面分力 PgV PgH底面构成
翻转力矩 M
PgHPg·cosα (1)
PgV Pg·sinα (2)
M Pg·h·cosα (3)
螺栓组受力特点 Pg旋转 螺栓组承受载
荷 PgH PgV M 变化 时 变化翻转力矩 M 造成
螺栓工作载荷接合面间压力变化
螺栓组工作求 应安装板床体接合面间发
生滑移 该接合面压溃 分开 螺栓松动 时 螺栓
足够静强度疲劳强度安全系数
显然 螺栓必须预紧 螺栓组预紧承受变化
工作载荷螺栓联接 设计计算特殊性难点针
螺栓组工作项求 分找出 PgH PgV M 变
化中该求利状况 利常规计算方法设
计
22 初定基结构参数
影响螺栓组设计结果结构参数包括图 2 中 h R1
螺栓数 实际接合面圆环 应接合
面接触面积 A 接触面 O O 轴抗弯截面模量W
初定参数原
h ———基数电机中心高 满足安装板刚度条件 应
量
R1 ———保证螺栓处电机轮廓外 保证螺栓装拆方
便 前提 应量
螺栓数量———常规螺栓间距视 R1 具体
确定
A W ———根 R1 接触面验值确定接触圆环
面外径算
实际结构计算结果知R1 螺栓数量设计
结果影响较供调整参数 参数变化太
影响较
文中算式简捷明确 涉螺栓数量布置方法
处 图 2 中 12 支螺栓均布圆周例列式 螺栓数量布
置方法图示时 总设计方法变 需涉螺栓
数量布置方法算式作相应变化
23 根滑移条件确定螺栓必须预紧力 F′
首先找出 Pg 处什方位时 F′求
确定必须预紧力 F′
Pg 处图示意方位时 设螺栓预紧力 F s′ PgV
作 螺栓接合面剩余压力 F″
F″Fs′ Cm
Cb +Cm
·PgV
12 (4)
13第 8 期 2001 年 粮食饲料工业 式中 Cb Cm 分螺栓电机安装板刚度 M 接合面
间总压力发生影响
接合面间总压力 12F″ 设安装板床体接合面间
摩擦系数 f 安装板滑移条件
12F″·f ≥K·PgH (5)
式中 K 性系数 电机安装板侧挂床体 重
量加强 PgH作 取 K 12
式(1)(2)(4)代入式(5) 令
β arctg(K
f ·Cb +Cm
Cm
)
Fs′≥Pg
12·sin(α+β)· (K
f )2 +( Cm
Cb +Cm
)2
α90°β 时 sin(α+β)1 滑移性 Fs′
需求 F′表示必须预紧力
F′Pg
12· (K
f )2 +( Cm
Cb +Cm
)2 (6)
实际预紧力应等 F′
24 计算螺栓总拉力值 静强度设计螺栓直径
241 计算工作拉力 F
PgV 翻转力矩 M 螺栓产生工作拉力 PgV 12 支
螺栓均摊 翻转力矩安装板绕 O O 轴线发生变形
图 2 示状态 O O 轴线左螺栓受拉 变形受力
O O 轴线距离成正轴线右表现床体弹性
变形反抗力增 螺栓受力相应减少 图 2 列式
M (F1 R1 +2F2 R2 +2F3 R3)×2
F1 M
6R1
受力螺栓总工作拉力
F PgV
12 + M
6R1
(7)
式(2)(3)代入式(7) 令
γarctg(2h
R1
)
F Pg
6 ·sin(α+γ)· (h
R1
)2 +(1
2 )2 (8)
242 计算螺栓总拉力值
螺栓总拉力
F oF′+ Cb
Cb +Cm
· Pg
6 ·sin(α+γ)· (h
R1
)2 +(1
2 )2 (9)
螺栓总拉力值
Fomax F′+ Cb
Cb +Cm
·Pg
6 · (h
R1
)2 +(1
2 )2 (10)
243 确定螺栓直径
选择材料安全系数 市售普通螺栓 计算时材
料Q235 σs 235 MPa 安全系数 S 应考虑预紧力
计算 紧螺栓联接 承受 变载荷 类型 取值 S
1 5
螺栓螺纹径 d1 应满足
d1 ≥ 4 ×1 3Fomax
π·σs
·S (11)
根 d1 求 粗牙普通螺纹标准 确定螺栓公称直
径 d 实际 d1 值
25 校核接合面否压溃分开
251 关压溃
接合面间挤压应力 2 部分组成 F′ PgV引起
挤压应力σP1 均布 M 引起挤压应力σP2 底面绕
中性轴线 O O 弯曲变形规律分布 σP2 值接合
面外边缘处 根基结构参数决定接合面面积 A
抗弯截面模量W
σP1 12
A·(F′ Cm
Cb +Cm
·Pg
12·sin α)
σP2max Pg·h·cosα
W
解
(σP1 +σP2)max12F′
A +P g· (h
W)2 +( Cm
Cb +Cm
)2·(1
A )2 (12)
压溃条件
(σP1 +σP2)max ≤[ σ] P (13)
式中[ σ] P 床体连接板许挤压应力较者
252 关分开
σP2负值(值)接合面边外边缘处
σP2min Pg·h·cosα
W
(σP1 +σP2)min 12F′
A P g· (h
W )2 +( Cm
Cb +Cm
)2·(1
A )2 (14)
分开条件
(σP1 +σP2)min >0 (15)
26 校核螺栓否松动情况
螺栓总拉力值零 没螺栓松动情
况 式(9)
Fomin F′ Cb
Cb +Cm
·Pg
6 · (h
R1
)2 +(1
2 )2 (16)
松动条件
Fomin >0 (17)
27 校核螺栓疲劳强度安全系数
根选定螺栓 查危险截面面积 A1 式(9) 危
险截面均应力 σm 应力幅 σa 分
σmF′
A1
(18)
σa 1
A1
· Cb
Cb +Cm
·Pg
6 · (h
R1
)2 +(1
2 )2 (19)
查出选螺栓材料 σ1 Kσ Χσ 实际疲劳安全系数
Sa′
S a′σ1 Χσ·σm
Kσ·σa
(20)
求 S a′必需疲劳安全系数Sa
28 调整终确定设计结果
述设计程中 螺栓公称直径 d 标准化
应 d1 较计算必需 d1 太 者设计者希
确定预定 d 通调整 R1 螺栓数量满意
结果
实际计算结果显示 根前述方法设计确定螺栓
般满足校核条件 出现满足某校核条件时 应根具
体情况调整 R1 螺栓数量 d h 接合面圆环外径
满足全部条件止
3 相关技术求
电机安装板振动机械重零件 工作持续
振动条件 鉴实际发生螺栓折断事例 相关
技术求应包括
(1)电机安装板焊接毛坯应低温回火 消焊接应
力 回火切削加工 求接合面面度误差 02
(2)螺栓联接应防松措施 采弹簧垫圈防松机器
运转时应定期检查 消螺栓松动现象
(3)应采控制预紧力方法拧紧螺栓 扭力搬
手紧固螺栓
参考文献
[ 1] 濮良贵 纪名刚 机械设计[ M] 北京 高教出版社 1996
[ 2] 徐灏 机械设计手册[ M] 北京 机械工业出版社 1991
(责编辑俞兰苓)
14 丁应生振动机械电机安装板设计 2001 年 第 8 期
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作者简介 丁应生(1940) 男 副教授 事机械设计制造工艺教学研究
振动机械电机安装板设计
丁应生
(武汉工业学院 湖北 武汉 430023)
摘 分析振动机械电机安装板工作特点 述联接螺栓组设计计算方法加工安装方面技术求
关键词振动电机电机安装板螺栓联接
中图分类号TH 123 文献标识码A 文章编号10036202(2001)08 001302
1 问题提出
振动电机激振振动机械 包括振动筛振动流化床
振动输送机等 实现种物料筛分干燥输
送 必须调节床体振动方结构 床体两侧
装 1 振动电机机器 通常利称电机安装板
零件 电机安装电机安装板 安装板床体相联 安
装板床体间螺栓联接 图 1 示 图 1 结
构 拆安装板床体联接螺栓组 安装板绕中心转
1 干螺孔距 然装螺栓组 便实现电机
方位床体振动方调节 实际工作中出现电机安装
板床体联接螺栓断裂事例 分析计算认
识 原 方面螺栓强度安全系数够 方面
加工安装中存问题 例接合面面度误差
导致螺栓受力均等等 两方面素结合 造成螺栓断
裂 该螺栓组受力工况特殊性 没现成设计计
算模式套 根受载特点 结合文献认原
探求合适设计计算方法 时 加工安装考虑
类振动机械数零件钣金结构件 容易电机安装
板成钣金结构件 没细致考虑特殊求
例 安装零件接合面否进行切削加工 者然
安排切削加工 否考虑加工方法(焊接)切削加工
面终精度影响等等 文电机安装板设计
包括联接螺栓组设计计算方法加工 装配中相关技
术求 提出全面研讨见解 达确保该零件联接
节省安全运行目
图 1 电机电机安装板 图 2 螺栓组受力图
2 联接螺栓组设计计算
21 螺栓组受载特点工作求
图 2 螺栓组受力图 螺栓受力振动电机激
振力 电机偏重惯性力 Pg 偏重半径处安装板
底面(接合面)成 α角某意位置时 Pg 分解成行
底面分力 PgH垂直底面分力 PgV PgH底面构成
翻转力矩 M
PgHPg·cosα (1)
PgV Pg·sinα (2)
M Pg·h·cosα (3)
螺栓组受力特点 Pg旋转 螺栓组承受载
荷 PgH PgV M 变化 时 变化翻转力矩 M 造成
螺栓工作载荷接合面间压力变化
螺栓组工作求 应安装板床体接合面间发
生滑移 该接合面压溃 分开 螺栓松动 时 螺栓
足够静强度疲劳强度安全系数
显然 螺栓必须预紧 螺栓组预紧承受变化
工作载荷螺栓联接 设计计算特殊性难点针
螺栓组工作项求 分找出 PgH PgV M 变
化中该求利状况 利常规计算方法设
计
22 初定基结构参数
影响螺栓组设计结果结构参数包括图 2 中 h R1
螺栓数 实际接合面圆环 应接合
面接触面积 A 接触面 O O 轴抗弯截面模量W
初定参数原
h ———基数电机中心高 满足安装板刚度条件 应
量
R1 ———保证螺栓处电机轮廓外 保证螺栓装拆方
便 前提 应量
螺栓数量———常规螺栓间距视 R1 具体
确定
A W ———根 R1 接触面验值确定接触圆环
面外径算
实际结构计算结果知R1 螺栓数量设计
结果影响较供调整参数 参数变化太
影响较
文中算式简捷明确 涉螺栓数量布置方法
处 图 2 中 12 支螺栓均布圆周例列式 螺栓数量布
置方法图示时 总设计方法变 需涉螺栓
数量布置方法算式作相应变化
23 根滑移条件确定螺栓必须预紧力 F′
首先找出 Pg 处什方位时 F′求
确定必须预紧力 F′
Pg 处图示意方位时 设螺栓预紧力 F s′ PgV
作 螺栓接合面剩余压力 F″
F″Fs′ Cm
Cb +Cm
·PgV
12 (4)
13第 8 期 2001 年 粮食饲料工业 式中 Cb Cm 分螺栓电机安装板刚度 M 接合面
间总压力发生影响
接合面间总压力 12F″ 设安装板床体接合面间
摩擦系数 f 安装板滑移条件
12F″·f ≥K·PgH (5)
式中 K 性系数 电机安装板侧挂床体 重
量加强 PgH作 取 K 12
式(1)(2)(4)代入式(5) 令
β arctg(K
f ·Cb +Cm
Cm
)
Fs′≥Pg
12·sin(α+β)· (K
f )2 +( Cm
Cb +Cm
)2
α90°β 时 sin(α+β)1 滑移性 Fs′
需求 F′表示必须预紧力
F′Pg
12· (K
f )2 +( Cm
Cb +Cm
)2 (6)
实际预紧力应等 F′
24 计算螺栓总拉力值 静强度设计螺栓直径
241 计算工作拉力 F
PgV 翻转力矩 M 螺栓产生工作拉力 PgV 12 支
螺栓均摊 翻转力矩安装板绕 O O 轴线发生变形
图 2 示状态 O O 轴线左螺栓受拉 变形受力
O O 轴线距离成正轴线右表现床体弹性
变形反抗力增 螺栓受力相应减少 图 2 列式
M (F1 R1 +2F2 R2 +2F3 R3)×2
F1 M
6R1
受力螺栓总工作拉力
F PgV
12 + M
6R1
(7)
式(2)(3)代入式(7) 令
γarctg(2h
R1
)
F Pg
6 ·sin(α+γ)· (h
R1
)2 +(1
2 )2 (8)
242 计算螺栓总拉力值
螺栓总拉力
F oF′+ Cb
Cb +Cm
· Pg
6 ·sin(α+γ)· (h
R1
)2 +(1
2 )2 (9)
螺栓总拉力值
Fomax F′+ Cb
Cb +Cm
·Pg
6 · (h
R1
)2 +(1
2 )2 (10)
243 确定螺栓直径
选择材料安全系数 市售普通螺栓 计算时材
料Q235 σs 235 MPa 安全系数 S 应考虑预紧力
计算 紧螺栓联接 承受 变载荷 类型 取值 S
1 5
螺栓螺纹径 d1 应满足
d1 ≥ 4 ×1 3Fomax
π·σs
·S (11)
根 d1 求 粗牙普通螺纹标准 确定螺栓公称直
径 d 实际 d1 值
25 校核接合面否压溃分开
251 关压溃
接合面间挤压应力 2 部分组成 F′ PgV引起
挤压应力σP1 均布 M 引起挤压应力σP2 底面绕
中性轴线 O O 弯曲变形规律分布 σP2 值接合
面外边缘处 根基结构参数决定接合面面积 A
抗弯截面模量W
σP1 12
A·(F′ Cm
Cb +Cm
·Pg
12·sin α)
σP2max Pg·h·cosα
W
解
(σP1 +σP2)max12F′
A +P g· (h
W)2 +( Cm
Cb +Cm
)2·(1
A )2 (12)
压溃条件
(σP1 +σP2)max ≤[ σ] P (13)
式中[ σ] P 床体连接板许挤压应力较者
252 关分开
σP2负值(值)接合面边外边缘处
σP2min Pg·h·cosα
W
(σP1 +σP2)min 12F′
A P g· (h
W )2 +( Cm
Cb +Cm
)2·(1
A )2 (14)
分开条件
(σP1 +σP2)min >0 (15)
26 校核螺栓否松动情况
螺栓总拉力值零 没螺栓松动情
况 式(9)
Fomin F′ Cb
Cb +Cm
·Pg
6 · (h
R1
)2 +(1
2 )2 (16)
松动条件
Fomin >0 (17)
27 校核螺栓疲劳强度安全系数
根选定螺栓 查危险截面面积 A1 式(9) 危
险截面均应力 σm 应力幅 σa 分
σmF′
A1
(18)
σa 1
A1
· Cb
Cb +Cm
·Pg
6 · (h
R1
)2 +(1
2 )2 (19)
查出选螺栓材料 σ1 Kσ Χσ 实际疲劳安全系数
Sa′
S a′σ1 Χσ·σm
Kσ·σa
(20)
求 S a′必需疲劳安全系数Sa
28 调整终确定设计结果
述设计程中 螺栓公称直径 d 标准化
应 d1 较计算必需 d1 太 者设计者希
确定预定 d 通调整 R1 螺栓数量满意
结果
实际计算结果显示 根前述方法设计确定螺栓
般满足校核条件 出现满足某校核条件时 应根具
体情况调整 R1 螺栓数量 d h 接合面圆环外径
满足全部条件止
3 相关技术求
电机安装板振动机械重零件 工作持续
振动条件 鉴实际发生螺栓折断事例 相关
技术求应包括
(1)电机安装板焊接毛坯应低温回火 消焊接应
力 回火切削加工 求接合面面度误差 02
(2)螺栓联接应防松措施 采弹簧垫圈防松机器
运转时应定期检查 消螺栓松动现象
(3)应采控制预紧力方法拧紧螺栓 扭力搬
手紧固螺栓
参考文献
[ 1] 濮良贵 纪名刚 机械设计[ M] 北京 高教出版社 1996
[ 2] 徐灏 机械设计手册[ M] 北京 机械工业出版社 1991
(责编辑俞兰苓)
14 丁应生振动机械电机安装板设计 2001 年 第 8 期
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