螺栓组受力分析与计算

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1、螺栓组受力分析与计算螺栓组联接的设计设计步骤：1. 螺栓组结构设计2. 螺栓受力分析3. 确定螺栓直径4. 校核螺栓组联接接合面的工作能力5. 校核螺栓所需的预紧力是否合适确定螺栓的公称直径后，螺栓的类型，长度，精度以及相应的螺母，垫圈等结构尺寸，可根 据底板的厚度，螺栓在立柱上的固定方法及防松装置等全面考虑后定出。H1.螺栓组联接的结构设计螺栓组联接结构设计的主要目的，在于合理地确定联接接合面的几何形状和螺栓的布置形式， 力求各螺栓和联接接合面间受力均匀，便于加工和装配。为此，设计时应综合考虑以下几方 面的问题：1） 联接接合面的几何形状通常都设计成轴对称的简单几何形状，如圆形，环形，矩形，

2、框形, 三角形等。这样不但便于加工制造，而且便于对称布置螺栓，使螺栓组的对称中心和联接接合面的形心重合，从而保证接合面受力比较均匀。2）螺栓的布置应使各螺栓的受力合理。对于铰制孔用螺栓联接，不要在平行于工作载荷的方 向上成排地布置八个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均。当螺栓联接承受弯矩或转矩时， 应使螺栓的位置适当靠近联接接合面的边缘，以减小螺栓的受力（下图）。如果同时承受轴 向载荷和较大的横向载荷时，应采用销，套筒，键等抗剪零件来承受横向载荷，以减小螺栓 的预紧力及其结构尺寸。 | * - jI舟.丨.0-4-;停申L3*爭盘接合面受弯矩或转矩时螺栓的布置3）螺栓排列应有合理的间距，边距。布

3、置螺栓时，各螺栓轴线间以及螺栓轴线和机体壁间的 最小距离，应根据扳手所需活动空间的大小来决定。扳手空间的尺寸（下图）可查阅有关标 准。对于压力容器等紧密性要求较高的重要联接， 螺栓的间距to不得大于下表所推荐的数值扳手空间尺寸螺栓间距to注：表中d为螺纹公称直径。4）分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成 4, 6, 8等偶数，以便在圆周上钻孔时的分度和画 线。同一螺栓组中螺栓的材料，直径和长度均应相同。5）避免螺栓承受附加的弯曲载荷。除了要在结构上设法保证载荷不偏心外，还应在工艺上保 证被联接件，螺母和螺栓头部的支承面平整，并与螺栓轴线相垂直。对于在铸，锻件等的粗 糙表面上应安装螺栓时，应制成凸

4、台或沉头座（下图 1）。当支承面为倾斜表面时，应采用 斜面垫圈（下图2）等。图2斜面垫圈图1凸台与沉头座的应用的应用 2.螺栓组联接的受力分析1) 受横向载荷的螺栓组联接2) 受转矩的螺栓组联接3) .受轴向载荷的螺栓组联接4) 受倾覆力矩的螺栓组联接进行螺栓组联接受力分析的目的是， 根据联接的结构和受载情况，求出受力最大的螺 栓及其所受的力，以便进行螺栓联接的强度计算。为了简化计算，在分析螺栓组联接的受力时，假设所有螺栓的材料，直径，长度和预 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 下面针对几种典型的受载情况，分别加以讨论。1) 受横向载荷的螺栓组联

5、 接图所示为一由四个螺栓组成的受横向载荷的螺栓组联接。横向载荷的作用线与螺栓轴线垂直， 并通过螺栓组的对称中心。当采用螺栓杆与孔壁间留有间隙的普通螺栓联接时(图a)。靠联接预紧后在接合面间产生的摩擦力来抵抗横向载荷；当采用铰制孔用螺栓联接时(图b)，靠螺栓杆受剪切和挤压来抵抗横向载荷。 虽然两者的传力方式不同，但计算时可近似地认为， 在横向总载荷巳的作用下，各螺栓所承担的工作载荷是均等的。 因此，对于铰制孔用螺栓联 接，每个螺栓所受的横向工作剪力为(5-23)式中z为螺栓联接数目对于普通螺栓联接，应保证联接预紧后，接合面间所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向 载荷。假设各螺栓所需要的预紧力均为

6、 Q,螺栓数目为z，则其平衡条件为或(5-24)图：受横向载荷的螺栓组联接式中:f接合面间的摩擦系数，见下表;i 接合面数（图中，i=2 ）;Ks防滑系数，Ks=1.11.3由式（5-24）求得预紧力 Q,然后按式（5-14）校核螺栓的强度。联接接合面间的摩擦系数被联接件接合面的表面状态摩擦系数f钢或铸铁零件干燥的加工表面0. 10-0.16有油的加工表面0. 06-0. 10钢结构轧制表面，钢丝刷清理浮锈0. 30-0 . 35涂富锌漆0. 35-0 . 40喷砂处理0. 45-0 . 55t钢铁对砖料，混凝土或木材:干燥表面0. 40-0 . 452) 受转矩的螺栓组联 接如下图所示，转矩

7、T作用在联接接合面内，在转拒 T的作用下，底板将绕通过螺栓组对称中 心0并与接合面相垂直的轴线转动。为了防止底板转动，可以采用普通螺栓联接，也可以采 用铰制孔用螺栓联接。其传力方式和受横向载荷的螺栓组联接相同。图：受转矩的螺栓组联接采用普通螺栓时，靠联接领紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩T。假设各螺栓的预紧程度相同，即各螺栓的预紧力均为 Qp则各螺栓联接处产生的摩擦力均相等，并 假设此摩擦力集中作用在螺栓中心处。为阻止接合面发生相对转动，各摩擦力应与各该螺栓 的轴线到由上式可得各螺栓所需的预紧力为【5 25】式中：f接合面的摩擦系数，见表；ri 第i个螺栓的轴线到螺栓组对称中心 0的距离

8、;z 螺栓数目；Ks 防滑系数，同前 由上式求得预紧力 Q,然后按式（514）校核螺栓的强度。采用铰制孔用螺栓时，在转矩T的作用下，各螺栓受到剪切和挤压作用，各螺栓所受 的横向工作剪力和各该螺栓轴线到螺栓组对称中心 0的连线（即力臂r。）相垂直（图b） 为了求得各螺栓的工作剪力的大小，计算时假定底板为刚体，受载后接合面仍保持为平面。则各螺栓的剪切变形量与各该螺栓轴线到螺栓组对称中心0的距离成正比。即距螺栓组对称中心0越远，螺栓的剪切变形量越大。如果各螺栓的剪切刚度相同，则螺栓的剪切变形量越 大时，其所受的工作剪力也越大。如图b所示，用ri、r max分别表示第i个螺栓和受力最大 螺栓的轴线到螺

9、栓组对称中心 0的距离；Fi、Fmax。分别表示第i个螺栓和受力最大螺栓的 工作剪力，则得【5 26】根据作用在底板上的力矩平衡的条件得耳叶+ F代+十兀匚=丁【5 27】即-1-1 联解式（5 26）及（5 27），可求得受力最大的螺栓的工作剪力为FirtaKmaxtn【5 28】图所示的凸缘联轴器，是承受转矩的螺栓组联接的典型部件。各螺栓的受力根据1=2 =rz的关系以及螺栓联接的类型，分别代人式（5 25）或（5 28）即可求得。3）.受轴向载荷的螺栓组联 接下图为一受轴向总载荷F的汽缸盖螺栓组联接。F的作用线与螺栓轴线平行，并通过螺栓组的对称中心Q计算时，认为各螺栓平均受载，则每个螺栓

10、所受的轴向工作载荷为F=-图：受轴向载荷的螺栓组联接4）受倾覆力矩的螺栓组联 接下图a为一受倾覆力矩的底板螺栓组联接。倾覆力矩M作用在通过x-x轴并垂直于联接接合面的对称平面内。底板承受倾覆力矩前，由于螺栓已拧紧，螺栓受预紧力Qp,有均匀的伸长；地基在各螺栓的 Qp作用下有均匀的压缩，如图b所示。当底板受到倾覆力矩 作用后，它绕轴线O 0倾转一个角度，假定仍保持为平面。此时，在轴线 4O左侧，地基 被放松，螺栓被进一步拉伸，在右侧，螺栓被放松，地基被进一步压缩。底板的受力情况如 图c所示。图：受倾覆力矩的螺栓组联接联接接合面材料的许用挤压应力c p,可查下表。表:联接接合面材料的许用挤压应力（

11、T Ptr n * * h2 0*).0l.S-2,0工wo L注:l ）cs为材料屈服权限，MPa; crB为材料强度极限，MPa。2）当联接接合面的材料不同时，应按强度较弱者选取。3）联接承受载荷时，（T p应取表中较大值；承受变载荷时，则应取较小值计算受倾覆力矩的螺栓组的强度时，首先由预紧力Qp最大工作载荷Fmax确定受力最大的螺栓的总拉力Q,由式（518）得【5 38】然后接式（5 19）进行强度计算确定螺栓直径首先选择螺栓材料，确定其性能等级，查出其材料的屈服极限，并查出安全系数，计算 出螺栓材料的许用应力（7 = （7 s/S。根据以下公式计算螺纹小径d1：4/L3O兀b最后按螺纹

12、标准，选用螺纹公称直径。螺纹联接件的材料适合制造螺纹联接件的材料品种很多，常用材料有低碳钢Q215 10号钢和中碳钢Q235 35、45号钢。对于承受冲击、振动或变载荷的螺纹联接件，可采用低合金钢、合金钢，如15Cr、40Cr、30CrMnsi等。对于特殊用途（如防锈蚀、防磁、导电或耐高温等）的螺纹联 接件，可采用特种钢或铜合金、铝合金等。表：螺栓的性能等级（摘自 GB 3098.1-82）件住）1h 1* *U.twJmwoI1 WOIMOF -b -TUS1gc1140r-tij1MI4fl 11S123t i 111w餐h优&申a丽申舉中育 金”岸丸脊大Wt注:规定性能等级的螺栓、螺母在

13、图纸中只标出性能等级，不应标出材料牌号表：螺母的性能等级（摘自 GB 3098.2-82）1 / Ifi1012510心7右切mm1IK*0|MM中啊申低，申仓令ft国大鳴鲨MIS的性卷聲护3-. *fi-H 4 甫 t Vfca-首sS.10,912 94.校核螺栓组联接接合面的工作能力，是根据实际情况，对螺栓进行强度校核5.校核螺栓所需的预紧力。采用公式为：碳素钢螺60.7）6 舄合金钢螺式中：s 螺栓材料的屈服极限;A螺栓危险截面的面积。式(5-14)松螺纹联接强度计算拉伸强度条件为：F【5 14】b = (T 1Td 1式中：F-螺栓工作载荷，N；di-螺栓危险截面的直径，mm门-螺栓材料的许用拉应力,MPa.紧螺栓联接强度计算1 仅承受预紧力的紧螺栓联接拉伸强度条件为：九二a式中：Q螺栓所受预紧力，N其余符号意义同前2.承受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接拉伸强度条件为：1.3cr式中：Q螺栓总拉力，N。其余符号意义同前。螺栓总拉力的计算：Q=Qp+Cb/（Cb+Cm） F式中：Cb/（Cb+Cm称为螺栓的相对刚度，一般设计时，可按下表推荐的数据选取螺栓的相对刚度Cb/（Cb+Cm）被联接钢板间所用垫片类别Cb/(Cb+Cm)金属垫片（或无垫片）0. 20.3皮革垫片0. 7铜皮石棉垫片0. 8橡胶垫片0. 9疲劳强度计算对