螺栓连接强度校核与设计
机械设计基础——螺纹连接的强度计算
烟台工程职业技术学院课程单元设计教案任务二螺栓连接的强度计算为了便于机器的制造、安装、维修和运输，在机器和设备的各零、部件间广泛采用各种联接。
联接分可拆联接和不可拆联接两类。
不损坏联接中的任一零件就可将被联接件拆开的联接称为可拆联接，这类联接经多次装拆仍无损于使用性能，如螺纹联接、链联接和销联接等。
不可拆联接是指至少必须毁坏联接中的某一部分才能拆开的联接，如焊接、铆钉联接和粘接等。
螺纹联接和螺旋传动都是利用具有螺纹的零件进行工作的，前者作为紧固联接件用，后者则作为传动件用。
一、单个螺栓连接的强度计算单个螺栓联接的强度计算是螺纹联接设计的基础。
根据联接的工作情况，可将螺栓按受力形式分为受拉螺栓和受剪螺栓。
针对不同零件的不同失效形式，分别拟定其设计计算方法，则失效形式是设计计算的依据和出发点。
1.失效形式工程中螺栓联接多数为疲劳失效受拉螺栓——螺栓杆和螺纹可能发生塑性变形或断裂受剪螺栓——螺栓杆和孔壁间可能发生压溃或被剪断2.失效原因：应力集中应力集中促使疲劳裂纹的发生和发展过程3、设计计算准则与思路受拉螺栓：设计准则为保证螺栓的疲劳拉伸强度和静强度受剪螺栓：设计准则为保证螺栓的挤压强度和剪切强度（一）受拉螺栓连接1、松螺栓联接这种联接在承受工作载荷以前螺栓不拧紧，即不受力，如图所示的起重吊钩尾部的松螺接联接。
螺栓工作时受轴向力F 作用，其强度条件为[]σπσ≤==4210d FA F 式中d1为螺栓危险截面的直径(即螺纹的小径)，单位为mm ；[σ]为松联接的螺栓的许用拉应力，单位为MPa 。
由上式可得设计公式为[]σπFd 41≥计算得出dl 值后再从有关设计手册中查得螺纹的公称直径d 。
2、紧螺栓联接⑴只受预紧力的紧螺栓联接 工作前拧紧，在拧紧力矩T 作用下： 复合应力状态：预紧力F0 →产生拉伸应力σ 螺纹摩擦力矩T1→产生剪应力τ按第四强度理论：()σσστσσ3.15.0332222=+=+=e ∴强度条件为：][43.121σπσ≤=d F e设计公式为：[]σπ013.14F d ⨯≥由此可见，紧联接螺栓的强度也可按纯拉伸计算，但考虑螺纹摩擦力矩T 的影响，需将预紧力增大30％。
螺栓连接强度校核与设计
受轴向载荷松螺栓连接强度校核与设计受轴向载荷松螺栓连接的基本形式如下图1所示：图1 受轴向载荷松螺栓连接受轴向载荷松螺栓连接强度校核与设计时，按下列公式进行计算：校核计算公式：设计计算公式：许用应力计算公式：式中：――轴向载荷，N；――螺栓小径，mm，查表获得；――螺栓屈服强度，MPa，由螺纹连接机械性能等级决定；――安全系数，取值范围：。
受横向载荷铰制孔螺栓连接强度校核与设计受横向载荷铰制孔螺栓连接的基本形式如图1所示：图1 受横向载荷铰制孔螺栓连接受横向载荷铰制孔螺栓连接的基本计算公式：按挤压强度校核计算：按抗剪强度校核计算：按挤压强度设计计算：按抗剪强度设计计算：式中：――受横向载荷，N；――受剪直径，（＝螺纹小径），mm，查表获得；――受挤压高度，取、中的较小值，mm；m――受剪面个数。
许用应力的计算公式分两组情况，如表1：表1 许用应力计算公式强度计算被连接件材料静载荷动载荷挤压强度钢铸铁抗剪强度钢和铸铁表中：为材料的屈服极限，由螺栓机械性能等级所决定。
受横向载荷紧螺栓连接强度校核与设计受横向载荷紧螺栓连接的基本形式如图1所示：图1 受横向载荷紧螺栓连接受横向载荷紧螺栓连接强度校核与设计的基本公式如下：（1）预紧力计算公式：（2）校核计算公式：（3）设计计算公式：（4）许用应力计算公式：式中：――横向载荷，N；――螺栓预紧力，N；――可靠性系数，取1.1~1.3；m――接合面数；f――接合面摩擦因数，根据不同材料而定。
钢对钢时，为0.15 左右；――螺纹小径，从表中获取；――螺栓屈服强度，MPa，由螺栓材料机械性能等级决定；――安全系数，按表1选用。
表1 预紧螺栓连接的安全系数材料种类静载荷动载荷M6~M16 M16~M30 M30~M60 M6~M16 M16~M30 M30~M60碳钢4~3 3~2 2~1.3 10~6.5 6.5 6.5~10 合金钢5~4 4~2.5 2.5 7.5~5 5 6~7.5受轴向载荷紧螺栓连接（静载荷）强度校核与设计受轴向载荷紧螺栓连接的基本形式如图1所示：图1 受轴向载荷紧螺栓连接受轴向载荷紧螺栓连接的基本公式：强度校核计算公式：螺栓设计计算公式：许用应力计算公式：总载荷计算公式：预紧力计算公式：残余预紧力计算公式：式中：――轴向载荷，N；――螺栓所受轴向总载荷，N；――残余预紧力，N；――螺栓小径，mm，查表获得；――残余预紧力系数，可按表1选取；――相对刚度，可按表2选取。
螺栓连接强度校核与设计
受轴向载荷松螺栓连接强度校核与设计受轴向载荷松螺栓连接的基本形式如下图1所示：图1 受轴向载荷松螺栓连接受轴向载荷松螺栓连接强度校核与设计时，按下列公式进行计算：校核计算公式： 设计计算公式： 许用应力计算公式： 式中：――轴向载荷，N；――螺栓小径，mm，查表获得；――螺栓屈服强度，MPa，由螺纹连接机械性能等级决定；――安全系数，取值范围：。
受横向载荷铰制孔螺栓连接强度校核与设计 受横向载荷铰制孔螺栓连接的基本形式如图1所示：图1 受横向载荷铰制孔螺栓连接受横向载荷铰制孔螺栓连接的基本计算公式： 按挤压强度校核计算： 按抗剪强度校核计算： 按挤压强度设计计算： 按抗剪强度设计计算：――――――、中的铸铁为图1 受横向载荷紧螺栓连接受横向载荷紧螺栓连接强度校核与设计的基本公式如下：（1）预紧力计算公式：（2）校核计算公式： （3）设计计算公式： （4）许用应力计算公式：式中：――横向载荷，N；――螺栓预紧力，N；――可靠性系数，取1.1~1.3；m――接合面数；f――接合面摩擦因数，根据不同材料而定。
钢对钢时，为0.15 左右；――螺纹小径，从表中获取；――――受轴向载荷紧螺栓连接的基本公式：强度校核计算公式： 螺栓设计计算公式： 许用应力计算公式： 总载荷计算公式： 预紧力计算公式：残余预紧力计算公式：式中：――轴向载荷，N；――螺栓所受轴向总载荷，N；――残余预紧力，N；――螺栓小径，mm，查表获得；――残余预紧力系数，可按表1选取；――相对刚度，可按表2选取。
――螺栓屈服强度，MPa，由螺纹连接机械性能等级决定；――安全系数，查表3。
受轴向载荷紧螺栓连接（动载荷）强度校核与设计 受轴向载荷紧螺栓连接的基本形式如图1所示：图1 受轴向载荷紧螺栓连接受轴向载荷紧螺栓连接（动载荷）的基本公式：强度校核计算公式：许用应力计算公式：式中：――轴向载荷，N；――螺栓小径，mm，查表获得；――相对刚度，按表1选取；――尺寸因数，按表2查得；――制造工艺因数，切制螺纹，滚制、搓制螺纹；――受力不均匀因数，受压螺母，受拉螺母；――缺口――――，不控制。
螺栓强度计算
――受力不均匀因数，受压螺母 =1，受拉螺母 =1.5~1.6；
――缺口应力集中因数，按表3查得；
――抗压疲劳极限，按表4查得；
――安全因数，控制预紧力 =1.5~2.5，不控制预紧力 =2.5~5。
表1螺栓连接
一、螺栓受力分析：
螺栓为受轴向载荷紧螺栓连接（动载荷），受轴向载荷紧螺栓连接（动载荷）的基本形式如下图所示：
二、受轴向载荷紧螺栓连接（动载荷）的基本公式：
（1）许用应力计算公式：
（2）强度校核计算公式：
式中：
――轴向载荷，N；
――螺栓小径，mm，查表获得；
――相对刚度，按表1选取；
――尺寸因数，按表2查得；
表3缺口应力集中因数
表4抗压疲劳极限
三、计算内容：
相关参数如下表：
（1）许用应力计算：
（2）强度校核计算：
四、结论：
由上述计算可知，螺栓强度满足要求。
螺栓连接强度校核与设计
螺栓连接强度校核与设计————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期：受轴向载荷松螺栓连接强度校核与设计受轴向载荷松螺栓连接的基本形式如下图1所示:图１受轴向载荷松螺栓连接受轴向载荷松螺栓连接强度校核与设计时，按下列公式进行计算：校核计算公式：设计计算公式:许用应力计算公式:式中:――轴向载荷,N；――螺栓小径,ｍm，查表获得;――螺栓屈服强度,MＰa,由螺纹连接机械性能等级决定;――安全系数,取值范围：。
受横向载荷铰制孔螺栓连接强度校核与设计受横向载荷铰制孔螺栓连接的基本形式如图１所示:图1 受横向载荷铰制孔螺栓连接受横向载荷铰制孔螺栓连接的基本计算公式:按挤压强度校核计算：按抗剪强度校核计算：按挤压强度设计计算：按抗剪强度设计计算:式中:――受横向载荷,Ｎ；――受剪直径,(=螺纹小径)，ｍｍ,查表获得;――受挤压高度,取、中的较小值,ｍm；ｍ――受剪面个数。
许用应力的计算公式分两组情况,如表1:表1 许用应力计算公式强度计算被连接件材料静载荷动载荷挤压强度钢铸铁抗剪强度钢和铸铁表中:为材料的屈服极限,由螺栓机械性能等级所决定。
受横向载荷紧螺栓连接强度校核与设计受横向载荷紧螺栓连接的基本形式如图1所示:图１受横向载荷紧螺栓连接受横向载荷紧螺栓连接强度校核与设计的基本公式如下：(1）预紧力计算公式：（２）校核计算公式： (３)设计计算公式:(4)许用应力计算公式：式中:――横向载荷,Ｎ；――螺栓预紧力,N;――可靠性系数,取１．1~1.３；m――接合面数；f――接合面摩擦因数，根据不同材料而定。
钢对钢时,为0.１5 左右；――螺纹小径,从表中获取；――螺栓屈服强度，MPa，由螺栓材料机械性能等级决定；――安全系数,按表1选用。
表1 预紧螺栓连接的安全系数材料种类静载荷动载荷M6～Ｍ16Ｍ16～Ｍ30M３0~M６0 M6～Ｍ1６M1６~M3０M30~M60碳钢4~3 ３~２2～１．3 １0~6.5 6.5 6.5～1０合金钢5~４4~2.５ 2.5 7.５~5 5 ６~７.5受轴向载荷紧螺栓连接(静载荷)强度校核与设计受轴向载荷紧螺栓连接的基本形式如图1所示:图1 受轴向载荷紧螺栓连接受轴向载荷紧螺栓连接的基本公式:强度校核计算公式：螺栓设计计算公式：许用应力计算公式:总载荷计算公式：预紧力计算公式：残余预紧力计算公式:式中：――轴向载荷,N；――螺栓所受轴向总载荷，N；――残余预紧力,N;――螺栓小径,mm，查表获得;――残余预紧力系数,可按表1选取；――相对刚度，可按表2选取。
螺栓组连接强度设计
用4.6级的Q235螺柱，拧紧时控制预紧力,取1.5 ，于是（P86表5-8、P87表5-10）
[] sS 24 1 .5 0 1M 6a 0P
由强度条件得：
d1 4 1 [ .3]F 2 5.21 164 00 .26 17.2 0m 72m
查手册，取M16 （其d1=13.835>计算值12.07）。
K sT
z
f ri
i1
ca 1 d .3 1 2 F 0 /4 或d 14 1 .3 F 0 d
2）铰制孔用螺栓连接
变形量越大，则所受工作剪力越大
Fi Fmax ri rmax
Fi
Fmax rmax
ri
ri rm ax Fmax
Fi
力矩T 平 F 1r1衡 F 2r2 ： F zrz
即T ： F rm ma a(x r x 12r2 2rz2)
受力最大力 螺F ： m 栓 axL1 2 的 M L2 2 工 L m ax L 作 2 zM 拉 zL L m 2 i ax
受力最大螺栓 ：F的 2F总 0C 拉 bC bC 力 mFmax i1
ca 1 d .3 1 2 F /2 4 或d 14 1 .3 F 2 d
校核接合面的强度计算： 底板受力分析 受翻转力矩前，接合面挤压应力分布图 F0
五、采用合理的制造工艺方法： 1）冷墩头部、滚压螺纹 2）氮化、氰化、喷丸等处理。
谢谢
F2 m
B1
F
C1
F2
F1
小结： 1.在实际工作中，螺栓所受的工作载荷往往是以上四中
简单形式的不同组合，但不论受力多复杂，都可以将 复杂状态简化成以上四中简单的受力状况，先分别求 螺栓的工作载荷，然后向量迭加，就可求出螺栓所受 的总工作载荷；
螺纹锁紧环换热器主螺纹设计与强度校核
螺纹锁紧环换热器主螺纹设计与强度校核罗 聪（中石化洛阳工程有限公司，河南省洛阳市４７１００３）摘要：介绍螺纹锁紧环换热器管箱密封结构特点，分析其载荷传递方式，总载荷最终通过主螺纹传递到管程筒体。
目前螺纹锁紧环换热器主螺纹设计中是假设将总载荷平均分配，再对螺纹进行强度校核，但每扣螺纹实际承受载荷是不均匀的。
以某螺纹锁紧环换热器为例，参照ＧＢ／Ｔ３４０１９—２０１７《超高压容器》中关于螺纹载荷分布的计算校核方法，计算主螺纹的载荷分布并校核。
结果表明：螺纹载荷分布计算结果与有限元模拟相吻合，前四扣螺纹承担超过总载荷的５０％，主螺纹校核合格。
为螺纹锁紧环结构设计中考虑螺纹承受载荷不均匀的强度校核提供一种可借鉴的方法。
关键词：主螺纹 设计 强度校核 载荷分布１ 螺纹锁紧环换热器特点螺纹锁紧环换热器在国内外大型炼油装置中得到了较为广泛的应用，具有结构紧凑、密封性能可靠及节约占地等优点。
依据管程、壳程设计压力的不同，主要分为高 高压（Ｈ Ｈ）型螺纹锁紧环换热器（管程、壳程均为高压）和高 低压（Ｈ Ｌ）型螺纹锁紧环换热器（管程高压，壳程低压）。
两种螺纹锁紧环换热器管箱密封结构见图１。
图１ 两种螺纹锁紧环换热器管箱密封结构Ｆｉｇ．１ Ｃｈａｎｎｅｌｓｅａｌｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｔｈｒｅａｄｌｏｃｋｉｎｇｒｉｎｇｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒ螺纹锁紧环换热器结构特殊在于管箱。
Ｈ Ｈ型螺纹锁紧环换热器通过分程箱、锁紧环等内部构件将管程内压引起的轴向载荷、管程密封所需载荷、管壳程间密封载荷等最终由主螺纹的啮合传递到管箱筒体［１］。
Ｈ Ｌ型螺纹锁紧环换热器管程内压引起的轴向载荷、管程密封所需载荷等通过主螺纹传递到管箱筒体，而壳程压力以及壳程密封所需载荷由壳体法兰螺栓承受。
两种结构都比较紧凑，Ｈ Ｈ型管板采用压差设计，Ｈ Ｌ型管板采用全压设计，壳程除了采用法兰结构外还可以采用Ω环等其他密封结构型式。
２ 主螺纹的设计螺纹锁紧环换热器的总载荷最终都通过螺纹锁紧环和管箱筒体端部的主螺纹进行传递。
螺杆强度校核计算
材料的屈服强度 （MPa） s 轴向力F(N) 外螺纹中径d2（mm） 螺距p（mm） 螺纹工作长度l（mm） 连接螺纹牙数z 螺纹工作高度h（mm） 挤压面积A(mm2)
计算挤压应力 p （MPa）
许用挤压应力 p （MPa）
计算结果
螺纹副抗挤压强度计算
计算公式
计算值
1.5
355
计算值 28.58 28.52 24.22 26.82
弯曲力臂L（mm）
单圈外螺纹截面抗弯模量W(mm）
螺纹牙底宽度b（mm）
轴向力F(N)
螺距p（mm）
螺纹工作高度h（mm）
连接螺纹牙数z
安全系数S
材料的屈服强度
（MPa）
s
许用拉应力 （MPa）
对螺杆，计算弯曲应力 （Mpa） b
对螺母，计算弯曲应力 b（Mpa）
30000
30
4
50
z=l/p
12.5
h=0.541p
2.164
A=π*d2*h*z
2548.11
p F/A p s / n
11.77343207 236.6666667
如果p p ，则合格，
合格
反之则不合格
项目 轴向力F(N) 公扣时使用螺纹小径d1（mm） 母扣时使用螺纹大径D（mm） 连接螺纹牙数z
许用弯曲应力 b （Mpa）
L d d2 2
W d1b2 6
b=0.75p
h=0.541p
S=3~5
s / S
b
3Fh d1b2z
b
3Fh Db2
z
b (1~1.2)
计算结果
0.85
71.8724621 2.38125 138112 3.175 1.717675 9.26 1.5 517.5 345
螺栓强度计算
螺栓强度计算螺栓联接的强度计算，主要是根据联接的类型、联接的装配情况(是否预紧)和受载状态等条件，确定螺栓的受力；然后按相应的强度条件计算螺栓危险截面的直径(螺纹小径)或校核其强度。
3.4.1 普通螺栓联接的强度计算 1.松螺栓联接松螺栓联接松螺栓联接在装配时不需要把螺母拧紧，在承受工作载荷之前螺栓并不受力，所以螺栓所受到的工作拉力就是工作载荷 F，故螺栓危险截面拉伸强度条件为：设计公式：——螺纹小径，mm；F——螺栓承受的轴向工作载荷，N；[σ]——松螺栓联接的许用应力，N/ ，许用应力及安全系数见表 3-4-1。
2.紧螺栓联接紧螺栓联接紧螺栓联接有预紧力F′，按所受工作载荷的方向分为两种情况：（1）受横向工作载荷的紧螺栓联接受横向工作载荷的紧螺栓联接普通螺栓联接铰制孔用螺栓(a)普通螺栓联接普通螺栓联接:左图为通螺栓联接，被联接件承受垂直于轴线的横向载荷。
因螺栓普通螺栓联接杆与螺栓孔间有间隙，故螺纹不直接承受横向载荷，而是预先拧紧螺栓，使被联接零件表面间产生压力，从而使被联接件接合面间产生的摩擦力来承受横向载荷。
如摩擦力之总和大于或等于横向载荷，被联接件间不会相互滑移，故可达到联接的目的。
（b)铰制孔用螺栓铰制孔用螺栓:承受横向载荷时，不仅可采用普通螺栓联接，也可采用铰制孔用螺铰制孔用螺栓栓联接。
此时，螺栓孔为铰制孔，与螺栓杆（直径处）之间为过渡配合，螺栓杆直接承受剪切，如上图所示。
在受横向载荷的铰制孔螺栓联接中，载荷是靠螺杆的剪切以及螺杆和被联接件间的挤压来传递的。
这种联接的失效形式有两种：螺杆受剪面的塑性变形或剪断；① ② 螺杆与被联接件中较弱者的挤压面被压溃。
故需同时验算其挤压强度和剪切强度条件:剪切强度条件:挤压强度条件:(2)受轴向工作载荷的紧螺栓联接受轴向工作载荷的紧螺栓联接现实生活中，螺栓所受外载荷与螺栓轴线平行的情况很多，如左图所示的汽缸盖螺栓联接，即为承受轴向外载荷的联接。
螺栓强度校核
依照机械设计手册中的“螺纹拧紧力矩计算”和“单个螺栓的强度计算”公式，可得： 1.螺栓的拧紧力矩：k T =()22303020213121d D d D f F d tg F T T w w c v --⨯⨯⨯+⨯+⨯⨯=+ρφ0F ()22332236d D d D f d tg T w w c v k--⨯⨯+⨯+⨯=ρφF 0： 单个螺栓的拉紧力（KN ）； T k ： 螺栓的拧紧力矩规定值（Nm ）； φ： 螺纹升角ρ v ：螺旋副当量摩擦角：ρv =arctgf v 。
其中f v ： 螺旋副当量摩擦系数，取f v =0.17； d 1： 螺纹小径（mm ）； d 2： 螺纹中径（mm ）；f c ： 螺栓工作面摩擦系数，取f c =0.15~0.20； D w ：螺栓头摩擦面外径（mm ）； d 0： 螺栓通孔直径（mm.）； T 1 ：螺旋副螺纹阻力矩（Nm ），()20121d tg F T v ⨯+⨯⨯=ρφ T 2： 螺栓头与其接触面的摩擦力矩（Nm ），223030231d D d D f F T w w c --⨯⨯⨯=2.螺栓螺纹部分的拉应力：2104d F πσ=3.螺栓的螺纹部分剪应力：()3120311816d d tg F d T v πρφπτ⨯+==4.对一般的钢制螺栓，其强度条件为：[]στσσ≤+=22135.螺栓安全系数: n 1=[σ]/σl[σ]： 螺栓的极限许用应力，[σ]=σS / n （n 安全系数取1.25）6.螺栓组能传递的摩擦力矩：ncmK f z r F T ⨯⨯⨯=z：螺栓个数；r：螺栓组半径；K n：螺栓组可靠性系数。
7.传递扭矩的安全系数：n2= T m/T T：联轴器承受的扭矩。
校核结果如下表：。
螺栓连接强度校核与设计
受轴向载荷松螺栓连接强度校核与设计受轴向载荷松螺栓连接的基本形式如下图1所示：图1 受轴向载荷松螺栓连接受轴向载荷松螺栓连接强度校核与设计时，按下列公式进行计算：校核计算公式：设计计算公式：许用应力计算公式：式中：――轴向载荷，N；――螺栓小径，mm，查表获得；――螺栓屈服强度，MPa，由螺纹连接机械性能等级决定；――安全系数，取值范围：。
受横向载荷铰制孔螺栓连接强度校核与设计受横向载荷铰制孔螺栓连接的基本形式如图1所示：图1 受横向载荷铰制孔螺栓连接受横向载荷铰制孔螺栓连接的基本计算公式：按挤压强度校核计算：按抗剪强度校核计算：按挤压强度设计计算：按抗剪强度设计计算：式中：――受横向载荷，N；――受剪直径，（＝螺纹小径），mm，查表获得；――受挤压高度，取、中的较小值，mm；m――受剪面个数。
许用应力的计算公式分两组情况，如表1：表1 许用应力计算公式表中：为材料的屈服极限，由螺栓机械性能等级所决定。
受横向载荷紧螺栓连接强度校核与设计受横向载荷紧螺栓连接的基本形式如图1所示：图1 受横向载荷紧螺栓连接受横向载荷紧螺栓连接强度校核与设计的基本公式如下：（1）预紧力计算公式：（2）校核计算公式：（3）设计计算公式：（4）许用应力计算公式：式中：――横向载荷，N；――螺栓预紧力，N；――可靠性系数，取1.1~1.3；m――接合面数；f――接合面摩擦因数，根据不同材料而定。
钢对钢时，为0.15 左右；――螺纹小径，从表中获取；――螺栓屈服强度，MPa，由螺栓材料机械性能等级决定；――安全系数，按表1选用。
表1 预紧螺栓连接的安全系数受轴向载荷紧螺栓连接（静载荷）强度校核与设计受轴向载荷紧螺栓连接的基本形式如图1所示：图1 受轴向载荷紧螺栓连接受轴向载荷紧螺栓连接的基本公式：强度校核计算公式：螺栓设计计算公式：。
螺栓强度计算分析
关于螺栓连接强度计算和校核的分析滤筒及底座均采用304不锈钢材质，304材质的抗拉强度σ=520MPa,屈服强度σs=205MPa；滤筒内最大工作压力位2.5MPa。
b采用8个M10，10.9级内六角圆柱头螺钉固定，其螺栓抗拉强度校核如下：参照根据机械设计手册第五版第2卷第5-66页中螺栓既受预紧力又受轴向载荷连接工况进行计算和校核。
已知: 采用8XM10螺栓，M10螺纹小径为8.65mm，旋合圈数为8圈，10.9级螺栓抗拉强度，σb=1000MPa,屈服强度σs=900MPa; 最大载荷压力为2.5MPa，滤筒直径200mm.1.螺栓拉应力的计算单个螺栓受拉力为：F=p*A/8=25bar*3.14*200mm*200mm*0.1/4/8=9812.5N考虑剩余预紧力和连接相对刚度后的单个螺栓最大受力为：F0=1.5F+F=24531.25N单个螺栓拉应力：σ1=4*1.3*24531.25N/3.14/8.65mm/8.65mm=542MPa取3倍安全系数：σlp=σs/s s=900MPa/3=300MPa由于：σ1＜σlp, 螺栓抗拉强度不满足要求。
最小螺栓大小计算：=(4*1.3*24531.25/3.14/300)1/2=11.6mm考虑无法无法采用更多数量的螺栓(干涉)，所以至少采用8个M16螺栓(小径14.6mm)，才能满足螺栓抗拉强度要求。
2.阀体螺纹抗剪切强度校核考虑阀体为304不锈钢材质其抗拉强度σb=520MPa,屈服强度σ=205MPa，比较小，所以需计算其螺纹的抗剪切强度。
由公式：s其中：F：轴向力，ND: 螺纹大径，mmb : 螺纹牙底宽度，mmz: 拧入圈数τ=24531.25/3.14/10/1.125/8=86MPa[τ]=0.6*205MPa/3=41MPa由于τ＞[τ],所以不锈钢螺纹的抗剪切强度也不能满足要求。
如果采用M16x2螺栓，其τ=24531.25/3.14/16/1.5/8=40MPa此时τ＜[τ], 可满足要求。
螺栓强度校核
π 2 D p 4
每个螺栓承受轴力为总压力的1/6
即螺栓的轴力为
FN F π 2 D p 6 24
FN 根据强度条件 max A FN d 2 D 2 p 得 A 即 4 24
D2 p 0.35 2 10 6 3 d 22 . 6 10 m 22.6mm 螺栓的直径为 6 6 6 40 10
目录
§2-13 剪切和挤压的实用计算
假设切应力在剪切面 （m-m 截面）上是均匀分 布的, 得实用切应力计算 公式：
Fs A
许用切应力，常由实验方法确定 0.5 0.7 塑性材料： 脆性材料： 0.8 A
§2.7 失效、安全因数和强度计算
二 、强度条件
max
FN A
根据强度条件，可以解决三类强度计算问题 1、强度校核： 2、设计截面：
FN max A FN A
3、确定许可载荷：
FN A
目录
§2.7 失效、安全因数和强度计算
例题2.4 油缸盖与缸体采用6个螺栓连接。已知油缸内径 D=350mm，油压p=1MPa。螺栓许用应力[σ]=40MPa， 求螺栓的内径。 解： 油缸盖受到的力 F
目录
机械设计基础-5.8提高螺栓连接强度的措施
第八节 提高螺栓连接强度的措施分析影响螺栓连接强度的因素，从而提出提高联接强度的措施。
这对于螺纹联接的设计也是很重要的。
螺纹联接的强度，主要取决于螺栓的强度。
影响螺栓强度的因素很多，有材料、结构、尺寸、制造、工艺等。
实际设计中，通常主要是以下几个方面考虑来提高联接的强度。
一、减小应力幅（可提高疲劳强度）大家知道，影响疲劳强度的主要因素是变应力中的应力幅↑a σ，则越易产生疲劳破坏。
↓a σ，则可以提高疲劳强度。
由螺栓总拉力：F C C C F F m b b ++=02 可以看出，当工作拉力F 变化时，只会引起（F C C C mb b +）这一部分是变化的。
此部分减小，就可以使↓a σ。
显然：相对刚度mb b C C C +越小，则可提高疲劳强度。
由此可见：措施为； ① 减小b C （见教材上的图）② 增大m C （见教材上的图） 这样可以使mb b C C C +↓，从而使↓a σ。
但是由F C C C F F mb b ++=02 可知，在F 0给定的条件下，减小螺栓的刚度C b 或增大被联接件刚度C m ，都将引起残余预紧力F 1减小，从而降低了联接的紧密性。
因此，若在减小C b 或增大C m 的同时,适当增加预紧力F 0，就可以使F 1不致减小太多或保持不变。
减小螺栓的刚度的方法：（1）适当增加螺栓的长度（2）采用腰状杆螺栓和空心螺栓（3）在螺母下面安装上弹性元件腰状杆螺栓和空心螺栓在螺母下面安装上弹性元件增大被联接件的刚度（1）不用垫片或采用刚度较大的垫片（2）采用刚度较大的金属垫片或密封环软垫片密封密封环密封二、改善螺纹牙之间的受力分布：对于普通螺母如图示。
工作中螺栓受拉，使螺距增大，而螺母受压，其螺距减小。
导致螺栓、螺母产生了螺距差。
这样，旋合的螺栓和螺母的各圈螺纹牙不能都保持良好的接触，那末各圈螺纹牙所分担的载荷就不相等。
（如图所示）。
理论分析和实践都表明：从螺母支撑面算起第一圈受载荷最大。
螺栓强度校核
螺栓强度校核螺栓是一种常用的紧固件，广泛应用于各个行业和领域。
在工程设计中，螺栓的强度校核是非常重要的一项工作，它关乎到整个结构的稳定性和安全性。
本文将从螺栓的材料特性、强度计算方法和校核要求等方面，对螺栓强度校核进行详细阐述。
一、螺栓的材料特性螺栓通常由高强度合金钢制成，其具有良好的力学性能和耐腐蚀性。
螺栓的强度主要包括两个方面，即抗拉强度和抗剪强度。
抗拉强度是指螺栓在受到拉力作用时所能承受的最大应力，而抗剪强度则是指螺栓在受到剪力作用时所能承受的最大应力。
二、螺栓强度计算方法螺栓的强度计算通常采用极限状态设计法。
具体而言，就是将螺栓的抗拉强度和抗剪强度与设计载荷进行比较，以确定螺栓是否能够满足设计要求。
在计算过程中，需要考虑螺栓的直径、材料特性、工作环境等因素，以确保计算结果的准确性。
1. 抗拉强度校核：螺栓在受到拉力作用时，应保证其抗拉强度大于等于设计拉力。
设计拉力的计算通常根据结构的受力情况进行确定，例如在钢结构中，可以根据结构的荷载和安全系数来计算。
2. 抗剪强度校核：螺栓在受到剪力作用时，应保证其抗剪强度大于等于设计剪力。
设计剪力的计算方法与设计拉力类似，也需要考虑结构的受力情况和安全系数等因素。
3. 螺栓的预紧力校核：螺栓在装配时通常需要施加一定的预紧力，以确保螺栓连接的紧固性。
预紧力的大小应根据螺栓直径、材料特性和设计要求等因素进行确定，同时还需要考虑螺栓的松动和疲劳等因素。
四、螺栓强度校核的实例以某桥梁工程为例，假设桥梁中需要使用M20级别的螺栓。
首先，我们需要确定螺栓的抗拉强度和抗剪强度。
根据螺栓材料的等级和标准，我们可以查到M20级别的螺栓的抗拉强度为400MPa，抗剪强度为240MPa。
接下来，我们需要计算设计拉力和设计剪力。
假设设计拉力为100kN，设计剪力为50kN。
根据抗拉强度和抗剪强度的定义，我们可以得出螺栓的强度校核公式如下：抗拉强度校核：400MPa ≥ 100kN/π/10²抗剪强度校核：240MPa ≥ 50kN/π/10²通过计算，我们可以得出螺栓的强度校核结果如下：抗拉强度校核：400MPa ≥ 318.31MPa抗剪强度校核：240MPa ≥ 159.16MPa由此可见，螺栓的抗拉强度和抗剪强度均满足设计要求，因此可以认为螺栓强度校核通过。
螺栓连接强度校核与设计(清晰整齐)
（2）校核计算公式：
（3）设计计算公式：
（4）许用应力计算公式：
式中： ――横向载荷，N； ――螺栓预紧力，N； ――可靠性系数，取1.1~1.3；m――接合面数；f――接合面摩擦因数，根据不同材料而定。钢对钢时，为0.15 左右； ――螺纹小径，从表中获取； ――螺栓屈服强度，MPa，由螺栓材料机械性能等级决定； ――安全系数，按表1选用。
表1 受轴向力紧螺栓所须残余预紧力系数K
工作情况
一般连接
变载荷
冲击
压力容器或重要连接
K
0.2~0.6
0.6~1.0
1.0~1.5
1.5~1.8
表2 螺栓连接的相对刚度λ
垫片材料
金属（或无垫片）
皮革
铜皮石棉
橡胶
λ
0.2~0.3
0.7
0.8
0.9
表3 预紧螺栓连接的安全系数
材料种类
静载荷
动载荷
M6~M16
许用应力的计算公式分两组情况，如表1：
表1 许用应力计算公式
强度计算
被连接件材料
静载荷
动载荷
挤压强度
钢
铸铁
抗剪强度
钢和铸铁
表中： 为材料的屈服极限，由螺栓机械性能等级所决定。
受横向载荷紧螺栓连接强度校核与设计
受横向载荷紧螺栓连接的基本形式如图1所示：
图1 受横向载荷紧螺栓连接
受横向载荷紧螺栓连接强度校核与设计的基本公式如下：
受轴向载荷松螺栓连接强度校核与设计
受轴向载荷松螺栓连接的基本形式如下图1所示：
图1 受轴向载荷松螺栓连接
受轴向载荷松螺栓连接强度校核与设计时，按下列公式进行计算：
胶圈设计与螺栓设计与校核
胶圈设计与螺栓设计与校核
【原创版】
目录
一、胶圈设计
1.胶圈的作用
2.胶圈的设计原则
3.胶圈的设计流程
二、螺栓设计
1.螺栓的作用
2.螺栓的设计原则
3.螺栓的设计流程
三、校核
1.校核的作用
2.校核的原则
3.校核的流程
正文
一、胶圈设计
胶圈，又称 O 型圈，是一种环状的密封件，主要用于防止机械设备中的流体或气体泄漏。
在设计胶圈时，我们需要遵循以下几个原则：首先，胶圈的截面尺寸需要根据流体或气体的压力、温度、流速等因素来确定；其次，胶圈的材料选择需要考虑其耐压性、耐磨性、耐温性等因素；最后，胶圈的安装方式也需要考虑到设备的使用环境，以保证其密封性能。
二、螺栓设计
螺栓是一种用于连接两个零件的紧固件，其设计主要考虑以下几个方面：首先，根据连接零件的材料、厚度、形状等因素，确定螺栓的尺寸、形状和长度；其次，根据连接零件的工作环境，选择合适的螺栓材料，以保证其耐腐蚀性和强度；最后，螺栓的拧紧力矩需要根据连接零件的紧固度要求来确定，以保证连接的稳定性。
三、校核
校核是在设计过程中对设计结果进行验证和检查的重要环节。
在胶圈和螺栓设计中，校核的主要目的是确保设计结果的正确性和可靠性。
实际螺栓截面积小于所需螺栓截面积, 校核不合格
实际螺栓截面积小于所需螺栓截面积, 校核不合格标题：实际螺栓截面积低于所需截面积，如何应对校核不合格情况？在工程设计和结构校核中，螺栓连接是非常重要的一环。
然而，有时候在实际情况下，螺栓的实际截面积可能会小于所需的截面积，导致结构校核不合格的情况。
在本文中，我们将探讨这一现象，并提出应对不合格校核的解决方案。
1. 了解螺栓连接的重要性螺栓连接在结构工程中扮演着至关重要的角色，它承担着连接和传递力的作用。
而螺栓的实际截面积小于所需截面积，可能会导致连接处受力不均，从而影响结构的整体承载能力。
2. 分析实际螺栓截面积低于所需截面积的原因导致螺栓实际截面积低于所需截面积的原因可能有多种，包括材料强度不达标、制造工艺存在缺陷等。
这些原因都可能导致结构校核不合格的情况，需要引起设计和施工人员的高度重视。
3. 应对校核不合格情况的解决方案针对螺栓实际截面积低于所需截面积的情况，我们可以采取以下解决方案：3.1 重新选择合格材料3.2 改进螺栓制造工艺3.3 增加螺栓数量或尺寸3.4 使用其他替代方案4. 个人观点和理解在面对螺栓实际截面积低于所需截面积的情况时，作为工程设计和结构校核人员，我们需要站在安全和可靠性的角度出发，及时有效地解决校核不合格的问题，确保结构的整体稳定和承载能力。
也要注重材料和制造过程的质量控制，以预防类似问题的发生。
结尾总结：螺栓实际截面积低于所需截面积是影响结构校核合格的一个重要因素，需要设计和施工人员共同努力，采取有效的措施来解决这一问题。
这也提醒我们在工程设计和施工中要注重细节和质量控制，以确保结构的整体安全和稳定。
：5. 强调质量管理的重要性在工程设计和结构校核中，质量管理是至关重要的一环。
通过对材料的选择和制造过程的监控，可以有效预防螺栓实际截面积低于所需截面积的问题。
设计和施工人员需要加强对材料和制造过程的质量管理，确保螺栓的质量符合设计要求。
6. 加强沟通与协调在实际施工过程中，设计人员和施工人员需要保持密切的沟通与协调，及时发现并解决螺栓实际截面积低于所需截面积的问题。
螺栓设计与校核
螺栓设计与校核螺栓是一种常见的连接件，广泛应用于机械、建筑、电子等领域。
螺栓设计与校核是确保连接安全可靠的重要环节。
本文将从螺栓设计和校核两个方面进行阐述。
一、螺栓设计螺栓设计是指根据连接要求和工作条件，选择合适的材料、尺寸和结构来设计螺栓。
螺栓设计的主要内容包括以下几个方面：1. 材料选择：螺栓材料的选择受到连接件工作环境的影响，一般要考虑腐蚀性、强度和温度等因素。
常见的螺栓材料有碳钢、合金钢、不锈钢等。
2. 尺寸设计：螺栓的尺寸设计包括直径、长度、螺纹型号等。
根据连接件的要求和受力情况，确定合适的尺寸，以保证连接的强度和刚度。
3. 结构设计：螺栓结构设计主要包括头部形状、螺纹形式和螺栓的连接方式等。
不同的连接方式适用于不同的工况，如螺纹连接、法兰连接等。
二、螺栓校核螺栓校核是指通过计算和分析，确定螺栓的强度和刚度是否满足设计要求。
螺栓校核的主要内容包括以下几个方面：1. 强度校核：螺栓的强度校核是为了保证在受力情况下不发生破坏。
根据螺栓材料的强度和连接件的受力情况，计算螺栓的拉伸强度、剪切强度和挤压强度等。
2. 刚度校核：螺栓的刚度校核是为了保证连接件在工作条件下不发生过度变形或松动。
通过计算螺栓的刚度系数和弹性变形，判断螺栓连接的刚度是否满足要求。
3. 疲劳寿命校核：螺栓在工作条件下会受到循环载荷的作用，容易发生疲劳破坏。
通过计算螺栓的疲劳强度和疲劳寿命，判断螺栓的可靠性和使用寿命。
螺栓设计与校核是一项复杂而重要的工作，需要综合考虑连接要求、工作条件和螺栓特性等因素。
只有在设计和校核过程中严格遵循相关标准和规范，才能确保螺栓连接的安全可靠。
在实际应用中，螺栓设计与校核需要根据具体情况进行优化和改进。
同时，还需要考虑螺栓的安装和维护等因素，以确保连接的可靠性和持久性。
螺栓设计与校核是连接件设计中不可或缺的环节。
通过合理的设计和严格的校核，可以确保螺栓连接的强度和刚度满足设计要求，从而提高连接的安全性和可靠性。
机械设计螺栓强度校核
机械设计螺栓强度校核机械设计中，螺栓是一种常用的连接元件，常用于连接零件和构件。
在实际工程中，为了确保螺栓的强度和可靠性，需要对螺栓进行强度校核。
螺栓的强度校核主要包括两个方面：拉伸强度校核和剪切强度校核。
首先是拉伸强度校核。
螺栓在工作过程中常受到拉力的作用，因此需要保证螺栓的拉伸强度足够。
拉伸强度校核的关键是计算螺栓的拉伸应力和螺栓的截面积。
螺栓的拉伸应力等于拉力除以螺栓的有效截面积，通过与螺栓的材料抗拉强度对比，可以判断螺栓是否满足强度要求。
其次是剪切强度校核。
螺栓在工作过程中还会受到剪切力的作用，因此需要保证螺栓的剪切强度足够。
剪切强度校核的关键是计算螺栓的剪切应力和螺栓的截面积。
螺栓的剪切应力等于剪切力除以螺栓的有效截面积，通过与螺栓的材料抗剪强度对比，可以判断螺栓是否满足强度要求。
在进行螺栓强度校核时，需要考虑到以下几个因素：螺栓的材料、螺栓的尺寸、螺栓的工作环境和加载条件等。
不同材料的螺栓具有不同的强度特性，因此需要根据实际情况选择合适的螺栓材料。
螺栓的尺寸包括直径、长度等参数，不同尺寸的螺栓承受的拉力和剪力也会不同。
螺栓的工作环境和加载条件包括温度、湿度、振动等因素，这些因素会对螺栓的强度产生影响，需要进行综合考虑。
螺栓的强度校核还需要根据不同的设计准则和标准进行。
常用的螺栓强度校核准则有ISO、GB、ASME等。
这些准则规定了螺栓的强度系数、安全系数、工作载荷等参数，通过按照准则的要求进行计算，可以得到螺栓的强度校核结果。
在进行螺栓强度校核时，还需要注意螺栓的紧固力矩。
螺栓的紧固力矩直接影响螺栓的强度和可靠性，过大或过小的紧固力矩都会导致螺栓的强度不足。
因此，在进行螺栓强度校核时，需要根据实际情况选择合适的紧固力矩，并通过实验或经验确定合适的紧固力矩范围。
螺栓的强度校核是机械设计中非常重要的一项工作。
通过对螺栓的拉伸强度和剪切强度进行校核，可以确保螺栓在工作过程中具有足够的强度和可靠性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
受轴向载荷松螺栓连接强度校核与设计
受轴向载荷松螺栓连接的基本形式如下图1所示：
图1 受轴向载荷松螺栓连接
受轴向载荷松螺栓连接强度校核与设计时，按下列公式进行计算：
校核计算公式：
设计计算公式：
许用应力计算公式：
式中：――轴向载荷，N；――螺栓小径，mm，查表获得；――螺栓屈服强度，MPa，由螺纹连接机械性能等级决定；――安全系数，取值范围：。
受横向载荷铰制孔螺栓连接强度校核与设计受横向载荷铰制孔螺栓连接的基本形式如图1所示：
图1 受横向载荷铰制孔螺栓连接
受横向载荷铰制孔螺栓连接的基本计算公式：
按挤压强度校核计算：
按抗剪强度校核计算：
按挤压强度设计计算：
按抗剪强度设计计算：
式中：――受横向载荷，N；――受剪直径，（＝螺纹小径），mm，查表获得；――受挤压高度，取、中的较小值，mm；m――受剪面个数。
许用应力的计算公式分两组情况，如表1：
表1 许用应力计算公式
强度计算被连接件材料静载荷动载荷
挤压强度钢
铸铁
抗剪强度钢和铸铁
表中：为材料的屈服极限，由螺栓机械性能等级所决定。
受横向载荷紧螺栓连接强度校核与设计
受横向载荷紧螺栓连接的基本形式如图1所示：
图1 受横向载荷紧螺栓连接
受横向载荷紧螺栓连接强度校核与设计的基本公式如下：
（1）预紧力计算公式：
（2）校核计算公式：
（3）设计计算公式：
（4）许用应力计算公式：
式中：――横向载荷，N；――螺栓预紧力，N；――可靠性系数，取1.1~1.3；m――接合面数；f――接合面摩擦因数，根据不同材料而定。
钢对钢
时，为0.15 左右；――螺纹小径，从表中获取；――螺栓屈服强度，MPa，由螺栓材料机械性能等级决定；――安全系数，按表1选用。
表1 预紧螺栓连接的安全系数
材料种类
静载荷动载荷
M6~M16 M16~M30 M30~M60 M6~M16 M16~M30 M30~M60
碳钢4~3 3~2 2~1.3 10~6.5 6.5 6.5~10 合金钢5~4 4~2.5 2.5 7.5~5 5 6~7.5
受轴向载荷紧螺栓连接（静载荷）强度校核与设计受轴向载荷紧螺栓连接的基本形式如图1所示：
图1 受轴向载荷紧螺栓连接
受轴向载荷紧螺栓连接的基本公式：
强度校核计算公式：
螺栓设计计算公式：
许用应力计算公式：
总载荷计算公式：
预紧力计算公式：
残余预紧力计算公式：
式中：――轴向载荷，N；――螺栓所受轴向总载荷，N；――残余预紧力，N；――螺栓小径，mm，查表获得；――残余预紧力系数，可按表1选取；――相对刚度，可按表2选取。
――螺栓屈服强度，MPa，由螺纹连接机械性能等级决定；――安全系数，查表3。
表1 受轴向力紧螺栓所须残余预紧力系数K
工作情况一般连接变载荷冲击压力容器或重要连接K 0.2~0.6 0.6~1.0 1.0~1.5 1.5~1.8
表2 螺栓连接的相对刚度λ
垫片材料金属（或无垫
片）
皮革铜皮石棉橡胶λ0.2~0.3 0.7 0.8 0.9
表3 预紧螺栓连接的安全系数
材料种类
静载荷动载荷
M6~M16 M16~M30 M30~M60 M6~M16 M16~M30 M30~M60
碳钢4~3 3~2 2~1.3 10~6.5 6.5 6.5~10 合金钢5~4 4~2.5 2.5 7.5~5 5 6~7.5
受轴向载荷紧螺栓连接（动载荷）强度校核与设计受轴向载荷紧螺栓连接的基本形式如图1所示：
图1 受轴向载荷紧螺栓连接
受轴向载荷紧螺栓连接（动载荷）的基本公式：
强度校核计算公式：
许用应力计算公式：
式中：――轴向载荷，N；――螺栓小径，mm，查表获得；――相对刚度，按表1选取；――尺寸因数，按表2查得；――制造工艺因数，切制螺纹，滚制、搓制螺纹；――受力不均匀因数，受压螺母，受拉螺母；――缺口应力集中因数，按表3查得；
――抗压疲劳极限，按表4选取；――安全因数，控制预紧力
，不控制预紧力。
表1 螺栓连接的相对刚度λ
皮革铜皮石棉橡胶垫片材料金属（或无垫
片）
λ0.2~0.3 0.7 0.8 0.9
表2 尺寸因数
<12 16 20 24 30 36 42 48 56 64 螺栓直径
d
1 0.87 0.8 0.74 0.65 0.64 0.60 0.57 0.54 0.53
表3 缺口应力集中因数
螺栓材料/MPa 400 600 800 1000
3 3.9 4.8 5.2
表4 抗压疲劳极限
材料10 Q235-A 35 45 40Cr 120~150 120~160 170~220 190~250 240~340。