螺栓连接的受力分析与验证资料
螺栓受力分析与计算
螺栓受力分析与计算详解螺栓是一种常用的固定连接件，广泛应用于船舶、机械、航空航天等，对螺栓的受力分析不仅对此类固定件的研究有重要的意义，也是螺栓安装拧紧工艺的重要基础。
螺栓受力分析研究一般分为受力类型及其有关计算方法，螺栓受力类型共分为四类：螺栓的拉伸受力、压缩受力、旋转受力和扭转受力。
受力计算则以不同受力类型对应相应受力计算方法为基础：（1）拉伸受力计算：拉伸受力是指在螺栓紧固时，螺栓身体和螺母以及螺栓润滑层之间的表面间隙由于拉伸失稳变形而造成的受力。
由于螺栓预紧受力基本由表面间隙中受压力组件之外主动应力和受压由内外动应力共同决定，因此拉伸受力计算方法会考虑表面间隙的内外应力组合的效应，通常以应力开发系数的概念算出表面间隙中受力组件的拉伸受力，有：【δ= βα/π (α+δ/2)】其中，δ为受压力组件的表面间隙，α为受压力组件的理论应力，β为受压力组件的应力开发系数，以此为基础可算出螺栓的拉伸受力。
（2）压缩受力计算：压缩受力是指在螺栓紧固时，螺栓身体螺母以及螺栓润滑层之间的表面间隙由于压缩变形而造成的受力。
压缩受力的计算方法则可由塑性曲线等静力方程式及计算钱求解，通常考虑材料的塑性应力应变曲线，由此可得出表面间隙变形宽度和内外应力之间的关系，然后可利用公式计算出螺栓的压缩受力。
有：【y=(α/B)×(B2-x2)，F=y×A】其中，y为受压力组件的表面间隙变形宽度，α为受压力组件的理论应力，B为受压力组件的应力开发系数，x为受压力组件的表面间隙宽度，A为受压力组件的表面区域，F为受压力组件的压缩受力。
（3）旋转受力计算：旋转受力是指在螺栓紧固时，由于拧紧扭矩产生的螺纹旋转斜滑力的受力。
由于螺栓旋转斜滑力的受力大小受扭矩大小影响并与拧紧螺纹的支承面积有关，因此，旋转受力计算应考虑螺纹支承面积以及拧紧扭矩大小，有：【F=τ × δ 】其中，F为螺栓的旋转受力，τ为螺栓拧紧扭矩大小，δ为螺栓紧固时螺纹支承螺纹面积。
螺栓组受力分析与计算
螺栓组受力分析与计算前言螺栓组是机械结构中常用的连接元件，常见于机器零件和设备中。
在机械结构中，螺栓组的受力分析和计算是非常重要的。
其中，螺栓组受力的大小和方向，不仅决定了螺栓的抗拉强度，还决定了整个机械结构的稳定性和可靠性。
在本文中，我们将介绍螺栓组的受力分析和计算，包括螺栓组的受力特点、受力方向、计算公式和实际案例。
螺栓组受力特点螺栓组是由若干个螺栓组成的一种连接结构。
在受到外力作用时，螺栓组的受力特点主要表现为：1.拉力：螺栓组一般是在拉伸状态下进行工作的，拉力是螺栓组受力的主要形式。
2.压力：螺栓组在受到工作装置的压力时，螺栓头和垫圈会承受一定的压力。
3.剪力：螺栓组在受到横向力或剪切力时，螺栓会发生剪切变形。
4.扭矩：螺栓组在受到扭矩力时，螺栓会扭转变形。
螺栓组受力方向螺栓组的受力方向可以分为两种类型：轴向力和剪力。
轴向力轴向力是螺栓组最常见的受力形式，是指沿着螺栓中心线方向的受力。
当受到轴向拉力和压力时，螺栓组会发生轴向变形，通过计算轴向力和剪力的大小和方向，可以确定螺栓组的破坏形式。
剪力剪力是指横向力或者剪切力在螺栓组上的作用。
当受到横向力或者剪切力时，螺栓组会承受剪切变形，通过计算剪力和轴向力的大小和方向，可以确定螺栓组的破坏形式。
螺栓组的计算公式为了确定螺栓组的受力方向和大小，可以使用材料力学的基本公式进行计算。
下面是螺栓组的计算公式。
轴向力的计算公式轴向拉力的计算公式如下：F = A * σ其中，F表示轴向拉力；A表示螺栓的截面积；σ表示螺栓材料的拉伸强度。
轴向压力的计算公式如下：F = A * σ其中，F表示轴向压力；A表示螺栓的截面积；σ表示螺栓材料的压缩强度。
剪力的计算公式剪力的计算公式如下：F = A * τ其中，F表示剪切力；A表示螺栓的截面积；τ表示螺栓材料的剪切强度。
实例分析螺栓组的实际应用非常广泛，下面介绍几个实际案例。
案例1：车轮螺栓的受力分析和计算车轮螺栓是汽车结构中常见的连接元件，其受力情况如下图所示：在这个情况下，车轮螺栓的轴向拉力如下所示：F = A * σ = 3.14 * (12.52/2)^2 * 780 = 23161.3 N其中，A表示螺栓的截面积；σ表示螺栓材料的拉伸强度。
7-4螺栓组受力分析实验
试验时，砝码16加上后。支架14与机座11的联接接合面受到一个横向载荷和倾覆 力矩的联合作用。倾覆力矩为：
（7-1）
O-O左侧螺栓受到工作拉力作用 ：
（7-2）
（7-3）
螺栓的受力是通过贴在螺栓中段上的电阻应变片15的变形并借助电阻应变仪而测 得，电阻应变仪的测量原理见§3-4。所以螺栓所受的工作拉力为：
式中：E—螺栓材料的弹性模量，对于钢E=2.1× d—被测螺栓直径，mm； ε—应变量； σ—被测螺栓处的拉应力,MPa。
（7-4）先将各被测螺栓上的电阻应变片两端引线与电阻应变仪的预调平衡 箱输入端相连接；
2. 检查试验台各部分与仪器是否正常，电阻应变仪各部分连线是否正常 3. 接通电源并预热后，调整电阻应变仪，将选择开关转到“静”，用小
15-电阻应变片；16-加载砝码
图7-7 LST-Ⅱ型螺栓组联接试验台结构示意图
螺栓组联接是由二行各五个螺栓分布在支架14上与机座11联接而成。加载装置由两级杠杆12、 13组成，其杆长之比均为1：10，则总杠杆比值为1：100倍，即加载砝码16通过二级杠杆作用在 螺栓组连接支架上的力就增大100倍。螺栓组的受力变形，通过应变仪检测螺栓上的电阻应边片 15的伸长量得到。
型 螺丝刀调整指针到零位，使得应变仪的电阻平衡。然后将选择开关转 到“预”，再用螺丝刀调整指针到零位，使得预调平衡箱上的电容平 衡。用这种方法对每一个螺栓测量点在“静”、“预”之间反复调整
数次 后，电桥即可达到平衡状态； 4. 逐一均匀地拧紧各螺栓，使每个螺栓具有相同的预紧初拉力和初应变 5. 对螺栓组联接进行加载，在电阻应变仪上测量出每个螺栓的相应应变 量，如此重复三次测量，计算出平均应变量和平均应力。
7-4 螺栓组受力分析实验
螺栓组联接实验报告
螺栓组联接实验报告一、实验目的。
本实验旨在通过对螺栓组联接的实验研究，探讨螺栓在不同条件下的受力性能，为工程实践提供可靠的数据支持。
二、实验原理。
螺栓组联接是一种常见的机械连接方式，其受力性能直接影响着机械设备的安全稳定运行。
在螺栓组联接中，螺栓受拉力，而螺母受压力，通过螺纹的摩擦力来实现联接。
实验中将通过拉伸试验和剪切试验来分析螺栓组联接的受力性能。
三、实验材料和设备。
1. 实验材料，选用直径为M8的普通螺栓和相应的螺母；2. 实验设备，拉伸试验机、剪切试验机、螺纹测量仪、万能试验机等。
四、实验步骤。
1. 拉伸试验，将螺栓安装在拉伸试验机上，逐渐增加拉力，记录拉伸过程中的应力-应变曲线，分析螺栓的拉伸性能；2. 剪切试验，将螺栓安装在剪切试验机上，逐渐增加剪切力，记录剪切过程中的应力-应变曲线，分析螺栓的剪切性能；3. 螺纹测量，利用螺纹测量仪对螺栓和螺母的螺纹进行测量，分析其尺寸精度和表面质量；4. 其他，利用万能试验机对螺栓组联接进行综合性能测试，包括抗扭矩、抗压力等。
五、实验结果与分析。
1. 拉伸试验结果表明，螺栓在受力过程中表现出良好的弹性变形和塑性变形能力，具有较高的抗拉性能；2. 剪切试验结果表明，螺栓在受力过程中表现出较高的抗剪性能，未出现明显的断裂现象；3. 螺纹测量结果表明，螺栓和螺母的螺纹尺寸精度高，表面质量良好；4. 综合性能测试结果表明，螺栓组联接具有良好的抗扭矩和抗压力性能。
六、实验结论。
通过本实验的研究分析，得出螺栓组联接在受力过程中表现出良好的受力性能，具有较高的抗拉、抗剪、抗扭矩和抗压力性能。
因此，在工程实践中可以放心使用螺栓组联接，确保机械设备的安全稳定运行。
七、参考文献。
1. 钢结构螺栓连接设计手册。
2. 机械连接技术手册。
3. 螺纹连接设计与计算。
八、致谢。
感谢实验室的老师和同学们在实验过程中的帮助和支持，使本次实验取得了圆满成功。
以上就是本次螺栓组联接实验的报告内容，希望对相关领域的研究和实践工作有所帮助。
螺栓连接的受力分析与验证
3-1 螺纹加工的确认 3-2 螺丝强度的确认 3-3 极限表面压力的确定
是否松动！
是否损坏！
2
紧固验证断面图的参考图例
进行紧固验证时首先的第一要务就是制作断面图。
并不是仅仅切断面好要将所需要的信息加入到其中。尺寸、公差、零件编号、材质、
表面处理，虽然可能会花费一些时间，但是日后进入到设计变更时的验证就会非常
通过案例来告知你 如何对紧固件受力分析及设计验证
1
紧固验证项目
①总布置的确认
1-1 突出尺寸、旋合尺寸、贴底距离、自由尺寸孔（螺 钉孔）
② 选出必要轴力
2-1 外力的把握 2-2 必要轴力的计算 2-3 周方向外力的必要轴力的计算 2-4 轴垂直方向外力的必要轴力的计算 2-5 轴旋转方向外力的必要轴力的计算 2-6 将最小必要轴力转换为紧固力矩
损失轴力 P’
0 50 -0.4
1.9
因为原本来开间隙时轴力损失就很大
51.5 - 49.6 = 1.9
+1 50.5 0
BRKT的Max宽度 管子的最短长度 最大间隙
通过CAE计算出使BRKT强制位移1.9mm时的反力！ 结果：319.9kg ⇒所以轴力能够损失319.9kg (3135N) 。
14
16
②计算必要轴力
２－５ 轴旋转方向外力对应的必要轴力的计算
【双支撑结构】
μ：摩擦系数
（一般为0.15）
Ptmin =
T μ×di1
より
15.1×1000 = 0.15×12.9
= 7804 N
入力力矩 T ： 15.1Nm
di1
=
√(22^2-12.2^2) √2
螺栓的力学实验报告
螺栓的力学实验报告一、实验目的1. 理解螺栓的力学原理和承载能力。
2. 掌握螺栓实验的操作方法和数据处理技巧。
3. 分析螺栓的载荷特性，并了解其应用领域。
二、实验原理螺栓是一种常见的紧固件，广泛应用于机械、建筑等领域。
它们具有重要的承载和连接功能。
螺栓的力学性能评估是确保其性能安全可靠的重要环节。
螺栓在受载中主要承受拉力和剪力。
拉力是由于外力的作用，使螺栓产生拉伸变形。
剪力则是由螺栓与连接件之间的相对滑动所产生的。
在实验中，我们将使用一台力学实验机对螺栓进行拉力和剪力测试。
通过加载不同的力并记录相应的变形和应力，我们能够了解螺栓在不同受力条件下的性能。
三、实验步骤1. 准备工作：根据实验要求选择合适的螺栓和连接件，并确保其表面平整清洁。
2. 设置力学实验机：根据实验需求调整实验机的参数，如拉伸速度、加载方式等。
3. 弯曲实验：将螺栓安装在实验机上，并加载适当的弯曲力，记录相应的变形和应力数据。
4. 剪切实验：将螺栓与连接件紧密连接后，加载适当的剪切力，记录相应的变形和应力数据。
5. 数据处理：根据实验数据绘制应力-变形曲线，并分析螺栓的载荷特性。
四、实验结果与分析根据实验数据，我们得到了螺栓在不同受力条件下的应力-变形曲线。
通过曲线的形状和变化趋势，我们可以得出如下结论：1. 当力逐渐增大时，螺栓的变形也随之增加，但应力增长的速度快于变形的增长速度。
2. 螺栓在拉伸、弯曲受力下的应力较高，剪切受力下的应力相对较低。
3. 在实验的线性范围内，螺栓的应力和变形呈线性关系。
基于以上结论，我们可以确定螺栓的额定载荷和可靠工作范围。
同时，我们也能够根据实验结果选择合适的螺栓参数，以满足特定工程需求。
五、实验总结本次螺栓的力学实验使我们深入了解了螺栓的力学性能和承载能力。
通过实验数据的分析，我们能够准确评估螺栓的可靠性，并为工程实践提供参考。
在实验中，我们也发现螺栓的性能与其内部结构、材料及处理工艺等因素密切相关。
螺栓受力检测及断螺栓分析
螺栓受力检测及断裂分析目录一、现场螺栓断裂问题描述二、螺栓断裂可能原因分析及测试依据三、测试系统介绍及标定四、现场机组螺栓测试五、数据分析六、现场螺栓测试时发现的问题及注意事项七、螺栓断裂分析注意事项及案例分享二、螺栓断裂可能原因分析及测试依据1、螺栓断裂可能原因1.1螺栓质量问题现场更换过多批次螺栓，且将部分螺栓送检过，未发现螺栓质量存在问题，故此种可能情况基本可以排除。
1.2螺栓脆性断裂1）氢脆断裂的典型特征是纤维性断口，且断口比较平整，见图1。
根据现场查看螺栓断口特征，机组断裂螺栓亦不符合氢脆断裂。
2）螺栓疲劳断裂的典型特征是存在贝纹状疲劳线，沿着疲劳弧线发展的逆向，可以找到裂纹源，见图2，现场机组断裂螺栓符合这一特征。
图1 纤维性断口图2 贝纹性断口2、螺栓测试依据螺栓疲劳断裂主要与螺栓连接受载时的应力幅值有关，所以此次螺栓测试主要测试螺栓的应力幅值的变化。
应力幅：Fmax：机组工作时螺栓受到的最大拉力；Fmin：机组工作时螺栓受到的最小拉力；As ：螺纹公称应力截面积。
此次螺栓测试所携带设备，可将机组在工作时螺栓所受轴向拉力时时进行记录，从而得到机组工作时偏航轴承与底座联接螺栓的应力幅值。
通过螺栓频繁断裂机组螺栓应力幅值与未断裂机组螺栓应力幅值相比较，为后续仿真建模提供测试依据，找出螺栓断裂的真正原因。
1、测试系统组成（见图3）图3三、测试系统介绍及标定用户K值计算：用户K值计算的目的主要是确定力与应变间的对应关系。
HBM‐KMR拉力传感器灵敏度为1.7MV/V～2.3MV/V，取中间值为2mV/V，由于系统激励电压为2V，故该系统满量程为4mV。
1）满量程与电压对应关系：Ain=400KN/4mV=100KN/mV=0.1KN/μν。
2）无线应变节点的灵敏度F=1μν/με。
（注：无线应变节点可测量毫伏信号，但是显示的最小刻度值为με，而且系统给出了灵敏度F=1μν/με，所以需要转化为μν）3）此时传感器最小分辨电压能力为K0,K0=0.17481。
螺栓组联接的受力分析
圆形
圆环形
矩形
矩形框
三角形
§5—6 螺栓组联接的设计
2
2、对称布置螺栓，使螺栓组的对称中心和联接接合面的 、对称布置螺栓， 形心重合，从而保证联接接合面受力比较均匀。 形心重合，从而保证联接接合面受力比较均匀。 3、当螺栓组联接的载荷是弯矩或转矩时，应使螺栓的位 、当螺栓组联接的载荷是弯矩或转矩时， 置适当靠近联接接合面的边缘，以减少螺栓的受力。 置适当靠近联接接合面的边缘，以减少螺栓的受力。
5
F 铰制孔螺栓——每个螺栓所受工作剪力相等 F = Σ 铰制孔螺栓 每个螺栓所受工作剪力相等 z
普 通 螺 栓 ——预紧后接合面间所产生的最大摩 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
fF zi ≥ KSFΣ 0
Ks为防滑系数
F∑
普通螺栓
F∑
铰制孔螺栓
F∑
F∑
6
练习: 练习:板A用4个普通螺钉固定在机座B上，已 个普通螺钉固定在机座B =0.15， 知板与机座间摩擦系数 f c =0.15，防滑系数 可靠性系数） =1.2， （可靠性系数） K s =1.2，螺钉许用 应 [σ ] = 60MPa ，按强度计算该螺钉联接中螺 钉所需的最小直径。 钉所需的最小直径。
§5—6 螺栓组联接的受力分析 2、受轴向载荷螺栓组联接 、 单个螺栓工作载荷为： F=P/Z P——轴向外载 Z——螺栓个数
P
7
8
练习:下图所示液压油缸盖选用6个M16螺栓,若已 练习:下图所示液压油缸盖选用6 M16螺栓, 螺栓 知其危险剖面直径d =14mm,螺栓材料许用拉应力 知其危险剖面直径dc=14mm,螺栓材料许用拉应力 ]=110MPa,油缸径 油缸径D=150 mm,油缸压力 [σ ]=110MPa,油缸径D=150 mm,油缸压力 )=0.8,进行下面的计 P=2MPa,F0=11000N,Cb/(Cb+Cm)=0.8,进行下面的计 算: 1.求螺栓的工作载荷与总拉力以及被联接件的残 1.求螺栓的工作载荷与总拉力以及被联接件的残 余预紧力; 余预紧力; 2.校核该螺栓强度是否足够 校核该螺栓强度是否足够? 2.校核该螺栓强度是否足够?
螺栓受力分析总结
螺栓受力分析总结引言螺栓是机械设备中常见的紧固元件，起到将零部件连接在一起的作用。
在实际应用中，螺栓承受着各种受力，因此了解螺栓受力分析原理和方法，对于设计合理的螺栓连接至关重要。
本文将对螺栓受力分析进行总结，并介绍螺栓受力分析的基本原理、常见的受力情况和分析方法。
1. 螺栓受力分析概述螺栓的受力分析是指通过计算和分析螺栓连接在不同工况下所受到的受力，从而确定合适的螺栓尺寸、材料和紧固力矩。
螺栓在连接过程中承受的受力主要包括剪切力、压力和拉伸力。
在不同工况下，受力情况各不相同，因此需要进行受力分析，确保螺栓连接的安全性和可靠性。
2. 螺栓受力分析的基本原理螺栓受力分析的基本原理是基于力的平衡原理和材料力学原理。
在受力分析过程中，主要考虑以下几个方面：(1) 剪切力分析螺栓连接中的剪切力是指相邻两个连接部件在连接面上产生的相对滑动力。
剪切力的大小取决于螺栓直径、刚度和连接面的粗糙程度等因素。
在剪切力分析中，需要计算螺栓连接处的剪切应力，并根据材料的抗剪强度来判断连接的安全性。
(2) 压力分析螺栓连接中的压力是指由于拉伸力产生的连接面上的压力，主要承受连接面的变形和变形产生的应力。
在压力分析中，需要计算螺栓连接处的压力和应力，并根据材料的抗压强度来判断连接的安全性。
(3) 拉伸力分析螺栓连接中的拉伸力是指由于外部加载产生的拉伸力，主要承受连接件的拉伸应力。
在拉伸力分析中，需要计算螺栓的拉伸应力，并根据螺纹剩余截面的强度来判断连接的安全性。
(4) 紧固力矩分析螺栓连接中的紧固力矩是指施加在螺栓上的扭矩，用于产生连接时所需的摩擦力和压力。
紧固力矩的大小会直接影响螺栓连接的紧固程度和连接的可靠性。
在紧固力矩分析中，需要考虑螺栓材料的摩擦系数、连接面的润滑情况等因素，并根据实验数据或经验公式来确定合适的紧固力矩。
3. 常见的螺栓受力情况和分析方法(1) 单向剪切受力在单向剪切受力情况下，连接件在一侧受到剪切力，另一侧受到相等反向的剪切力。
螺栓受剪切力状态下的分析和计算
（2）螺栓排列的要求
①受力要求
在垂直于受力方向：对于受拉构件，各排螺栓的中距 及边距不能过小，以免使螺栓周围应力集中相互影响， 且使钢板的截面削弱过多，降低其承载能力。
平行于受力方向： 端距应按被连接钢板抗挤压及抗剪切等强度条件确定，
以便钢板在端部不致被螺栓冲剪撕裂，规范规定端距不 应小于2d0；
螺栓连接的构造要求
螺栓连接除了满足上述螺栓排列的容许距离外，根据 不同情况尚应满足下列构造要求：
（1）为了证连接的可靠性，每个杆件的节点或拼接接头一 端，永久螺栓不宜少于两个，但组合构件的缀条除外。
（2）直接承受动荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽，或其 他措施以防螺帽松动。
（3）C级螺栓宜用于沿杆轴方向的受拉连接，可用于抗剪连 接情况有：承受静载或间接动载的次要连接；承受静载的可 拆卸结构连接；临时固定构件的安装连接。 （4）型钢构件拼接采用高强螺栓连接时，为保证接触面紧密， 应采用钢板而不能采用型钢作为拼接件。
N
b c
d
t
f
b c
d
式中： fcb —螺栓承压强度设计值； ∑ t— 连 接 接 头 一 侧 承 压 构 件 总 厚 度 a+b+c 和
d+e的较小值。
N/3
a
N/3
b
N/3
c
d
N/2
e
N/2
一个抗剪普通螺栓的承载力设计值：
Nb min
min
N
vb，N
b c
四、受剪螺栓组连接的计算
N
++ ++
坏。
2、单个普通螺栓的抗剪承载力计算
由破坏形式知抗剪螺栓的承载力取决于螺栓杆受剪和孔 壁承压（即螺栓承压）两种情况。
普通螺栓连接在复杂受力下的强度分析
普通螺栓连接在复杂受力下的强度分析摘要：螺栓连接分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接，螺栓连接方法是钢材结构主要使用的连接方法之一。
为了保证钢材连接的稳定性，对于螺栓在不同情况下的受力情况需要计算调查清楚，[1]不同的设计和不同的安装布置方法都会影响到最终螺栓组的载荷能力。
本文以普通螺栓为研究点，分析研究普通螺栓在复杂情况下的不同受力情况，来判定普通螺栓的强度。
关键词：普通螺栓；螺栓组链接；螺栓受力分析一．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．检查螺栓组结合面的工作能力。
5．确定螺栓需要的预紧力是否恰当首先测量螺栓公称直径，确定所需数值。
再选择螺栓类型，测量长度，确定精度，并选择与之相对应的螺母和垫圈，确定好一切零件所需求的结构和尺寸备用。
其次，根据底板厚度，全面考虑制定将螺栓固定在立柱上的方法，准备好防松装置。
二．螺栓组链接的结构设计想要使螺栓与接合面之间应力均匀，在设计螺栓组的链接结构时就应当注意连接结合面的几何形状和螺栓的具体布置方式。
在整个设计过程中应当综合考虑以下5个方面，便于加工和装配。
1）连接结合面的几何形状以轴对称的简单几何图形为佳，在设计时，通常采用圆形、环形等。
螺栓组有对称中心，连接结合面如果采用轴对称图形，则会出现形心，两心重合会使得接合面受力较为均匀，稳定性高。
而且对称图形便于加工制造，也降低了安装布置的难度。
2）布置螺栓组时要考虑到每个螺栓的受力，要使其应力合理。
当链接铰孔螺栓时，要注意与工作载荷平行的螺栓排数，数目不得超过八个，以免载荷分布不均。
螺栓的位置可以根据螺栓承载力的要求不同进行移动，当螺栓连接承受弯矩或扭矩时，螺栓应适当远离连接接合面中心，向边缘移动，扩大受力面积，减小螺栓的应力。
当需要承受的载荷较大时，应当考虑用不同的剪切件来分担载荷，如用销、键、套筒等分担横向载荷。
灵活使用剪切件能够减小螺栓的预紧力，便于控制螺栓尺寸。
螺栓连接受力分析—基本连接图
拧紧完成且不受外力时（静载）螺栓的拉伸力和连接件的夹紧力相等，我们称之为预紧力 螺栓拉伸的数学模型
螺栓拧紧时的拉伸量 f 取决于螺栓受拉长度 L、预紧力 F、螺栓材料的弹性模量 E 和螺栓的应力截面积 A，其中应力截面积 A 可通过螺栓直径进行计 算或查询相关国家标准获取（GB/T 3098.1 等）。 连接件压缩的数学模型
螺栓连接受力分析—基本连接图
此连接模型中使用 M12,10.9 级的螺栓将夹持长度为 66mm 的连接件拧紧到最小 37.5KN，最大 60KN。此连接件将承受 5KN 的剪切载荷 螺栓与被连接件的受力和各自的形变成正比！
为了便于分析，将连接件的压缩曲线平移到同一侧
在螺栓预紧力下的连接件压缩量与夹持长度 L、预紧力 F、连接件材料的弹性模量 E 以及连接件被压缩部分的有效面积 Aeff 有关。 确定连接件压缩量的主要问题是如何计算上述方程中的有效面积 Aeff
被连接件的有效面积取决于连接件的尺寸 如果连接件由板材或粗管构成，下面的公式可以用来计算被连接件的有效面积 备注：被连接件的承载面积计算建议参考 GB/T 16823.1
螺栓连接实验报告
螺栓连接实验报告螺栓连接实验报告引言：螺栓连接是一种常见的机械连接方式，广泛应用于各个领域。
本次实验旨在研究螺栓连接的性能和可靠性，通过实验数据的收集和分析，探讨螺栓连接的力学特性以及对连接性能的影响因素。
实验设备和方法：实验设备包括螺栓、螺母、垫圈、扳手、力传感器、试验台等。
实验方法是通过施加力矩来拧紧螺栓，然后测量和记录连接的拉伸力和扭矩。
实验过程：首先，选择适当的螺栓和螺母进行连接。
然后，使用扳手施加力矩，逐渐拧紧螺栓。
在拧紧的过程中，使用力传感器测量并记录连接的拉伸力和扭矩。
每次拧紧后，检查连接是否牢固，以确保实验数据的准确性。
实验结果分析：通过对实验数据的分析，我们可以得出以下结论：1. 拧紧力矩与连接拉伸力成正比：随着拧紧力矩的增加，连接的拉伸力也增加。
这是因为螺栓连接的原理是通过螺纹的摩擦力将两个部件紧密连接在一起，而摩擦力与力矩成正比。
2. 螺栓预紧力对连接性能的影响：螺栓连接的可靠性与预紧力密切相关。
适当的预紧力可以保证连接的稳定性和可靠性，而过大或过小的预紧力都会导致连接失效。
3. 垫圈的作用：垫圈在螺栓连接中起到分散压力和缓冲振动的作用。
合理选择垫圈的材料和尺寸可以提高连接的可靠性。
4. 螺栓连接的松动与疲劳：长期使用后，螺栓连接可能会出现松动现象。
这是因为连接部件受到振动和外力的作用，导致螺纹间隙扩大。
定期检查和维护螺栓连接可以避免松动和疲劳。
实验结论：螺栓连接是一种常见且可靠的机械连接方式。
通过适当的拧紧力矩和预紧力，选择合适的垫圈材料和尺寸，可以保证连接的稳定性和可靠性。
然而，螺栓连接也需要定期检查和维护，以避免松动和疲劳现象的发生。
结语：本次实验通过对螺栓连接的研究，深入了解了螺栓连接的力学特性和影响因素。
螺栓连接作为一种常见的机械连接方式，在工程和制造领域具有广泛的应用前景。
通过进一步的研究和实验，可以进一步优化螺栓连接的设计和应用，提高连接的可靠性和性能。
连接学习目标1螺栓组联接的受力分析2螺栓组联接的结构设计3
学习目标：
1.螺栓组联接的受力分析 2.螺栓组联接的结构设计 3.螺纹联接件的材料
一、螺栓组联接的结构设计和受力分析
工程中螺栓成组使用，单个使用极少。因此，必须研究栓组设计和受力 分析，它是单个螺栓计算基础和前提条件。
（一）螺栓组联接的结构设计 要设计成轴对称的几何形状 螺栓的布置应使螺栓的受力合理 螺栓的布置应有合理的间距、边距 同一组螺栓联接中各螺栓的直径和材料均应相同 避免螺栓承受偏心载荷
（二）螺旋传动的结构及材料
1.螺母结构
整体螺母 组合螺母 对开螺母 这种螺母便于操作，一般用于车床溜板箱的螺旋 传动中 不能调整间隙，只能用在轻载且精度要求较低的 场合
2.螺杆结构
通常采用牙型为矩形、提醒或锯齿形的右旋螺纹。特殊情况下也采用 左旋螺纹。
3.材料
一般螺杆的选用原则如下：
高精度传动时多选碳素工具钢 需要较高硬度，可采用铬锰合金钢或者采用65Mn钢 一般情况下可用45、50钢
复习思考题
1．在常用的螺旋传动中，传动效率最高的螺纹是( )。 A .三角形螺纹 B. 梯形螺纹 C .锯齿形螺纹 D .矩形螺纹 2．当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且联接不需要经常拆 卸时，往往采用( )。 A 螺栓联接 B 螺钉联接 C 双头螺柱联接 D 紧定螺钉联接
3.两被联接件之一较厚，盲孔且经常拆卸时，常用（）。
a) 悬置螺母 b) 环槽螺母 c)内斜螺母 d)环槽内斜
2.减小螺栓的应力变化幅度
受变载荷作用的螺栓，其应力也在一定的幅度内变动，减小螺栓刚度或增大 被联接件刚度等皆可以使螺栓的应力变化幅度减小。
降低螺栓刚度 适当增加螺栓长度、减小螺栓光杆直径，也可以在螺母下装弹性元件 以降低螺栓刚度。
螺栓实验报告内容及参考格式
螺栓实验报告内容及参考格式螺栓联接的静态特性实验指导书一、实验目的现代各类机械中，广泛应用螺栓进行联接，如何计算和测量螺栓受力情况及静态特性参数，是工程技术人员的一个重要课题。
本实验通过对螺栓的受力进行测试和分析，要求达到以下目的。
1．解螺栓联接在拧紧过程中各部分的受力情况。
2．计算螺栓相对刚度，并绘制螺栓联接的受力变形图。
3．验证受轴向工作载荷时，预紧螺栓联接的变形规律，及对螺栓总拉力的影响。
二、实验设备及仪器1．联接实验台的结构与工作原理：a ．联接部分包括M16空心螺栓、大螺母、垫片组组成。
空心螺栓贴有测拉力和扭矩的两组应变片，分别测量螺栓在拧紧时，所受预紧拉力和扭矩。
空心螺栓的内孔中装有双头螺栓，拧紧或松开其上的小螺母，即可改变空心螺栓的实际受载截面积，以达到改变联接件刚度的目的。
垫片组由刚性和弹性两种垫片组成，刚性垫片为割分式。
b ．被联接件部分由上板、下板、和八角环组成，八角环上贴有应变片组，测量被联接件受力的大小，中部有锥形孔，插入或拔出锥塞即可改变八角环的受力，以改变被联接件系统的刚度。
c ．加载部分由蜗杆、蜗轮、挺杆和弹簧组成，挺杆上贴有应变片，用以测量所加工作载荷的大小，蜗杆一端与电机相联，另一端装有手轮，启动电机或转动手轮使挺杆上升或下降，以达到加载、卸载（改变工作载荷）的目的。
2、电阻应变仪的工作原理及各测点应变片的组桥方式:实验台各被测点的应变量用电阻应变仪测量，通过去时标定或计算即可换算出各部分大小。
静态应变仪采用了包含测量桥与读数桥的双桥结构。
两组电桥通常都保持平衡状态，测量应变片组与仪器中两标准电阻组成测量桥（半桥测量法）如图2中的A 、B 、C 。
当电阻应变片由于被测件受力变形，其长度发生变化Δl 时，其阻值相应地变化ΔR ，并且ΔR/R正比于Δl/l，ΔR 使测量桥失去平衡，应变仪毫安表指针即发生偏转。
调节读数桥使之产生与测量桥相应的不平衡，从而会使毫安表回到零点，即可从读数桥的调节量大小测知被测件的应变量。
螺栓连接实验及报告
螺栓联接实验指导书机电学院机械基础实验室2011．9螺栓联接实验指导书一．实验目的1．掌握测试受轴向工作载荷的紧螺栓联接的受力和变形曲线（即变形协调图）。
2．掌握求联接件（螺栓）刚度C 1、被联接件刚度C 2、相对刚度C 1/C 1+C 2。
3．了解试验预紧力和相对刚度对应力幅的影响，以考察对螺栓疲劳的影响。
二．实验设备图4—1为LB-87型螺栓联接实验机结构组成示意图，手轮1相当于螺母，与螺栓杆2相连。
套筒3相当于被联接件，拧紧手轮1就可将联接副预紧，并且联接件受拉力作用，被联接件受压力作用。
在螺栓杆和套筒上均贴有电阻应变片，用电阻应变仪测量它们的应变来求受力和变形量。
测力环4是用来间接的指示轴向工作载荷的。
拧紧加载手轮（螺母）6使拉杆5产生轴向拉力，经过测力环4将轴向力作用到螺杆上。
测力环上的百分表读数正比于轴向载荷的大小。
１．LB-87型螺栓联接实验机的主要实验参数如下:1)．螺栓材料为45号钢，弹性模量E 1=2.06×105N/mm 2，螺栓杆直径d=10mm ，有效变形计算长度L 1=130mm 。
2）．套筒材料为45号钢，弹性模量E 2=2.06×105N/mm 2，两件套筒外径分别为D=31和32，内径为D 1=27.5mm ，有效变形计算长度L 2=130mm.。
2．仪器1）YJ-26型数字电阻应变仪。
2）YJ-18型数字电阻应变仪。
3）PR10-18型预调平衡箱。
ΔFDnλbλmλ λm ’θn λFθ0D0Q pFQ pQ图4－３ 力－变形协调图图4－２ LBX-84型实验机结构图1-加载手轮 2-拉杆 3-测力计百分表 4-测力环 5-套筒 6- 电阻应变片 7-螺栓 8-背紧手轮 9-予紧手轮三．实验原理1．力与变形协调关系在螺栓联接中，当联接副受轴向载荷后，螺栓受拉力，产生拉伸变形；被联接件受压力，产生压缩变形，根据螺栓（联接件）和被联接件预紧力相等，可把二者的力和变形图线画在一个坐标系中，如4－3所示。
螺栓组联接的受力分析
一． 螺栓螺栓组联组联组联接的接的接的设计设计设计设计步骤：1． 螺栓螺栓组结组结组结构构设计2． 螺栓受力分析3． 确定螺栓直定螺栓直径径4． 校核螺栓校核螺栓组联组联组联接接合面的工作能力接接合面的工作能力5． 校核螺栓所需的校核螺栓所需的预紧预紧预紧力是否合力是否合力是否合适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。
1. 1. 螺栓螺栓螺栓组联组联组联接的接的接的结结构设计设计 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，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。
接合面受接合面受接合面受弯弯矩或矩或转转矩时螺栓的布置螺栓的布置 3）螺栓排列应有合理的间距，边距。
布置螺栓时，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t0不得大于下表所推荐的数值。
扳扳手空手空间间尺寸尺寸螺栓间距t 0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。
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安全率：
σ fs = σc ＞ 1.05
※承受轴力的零件都要保证表面压力
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③可靠性的确认
3-3 极限表面压力的确认 A = （22^2－14.2^2）π =221.8 mm2 4 61111+5501 σc = = 300.3N/mm2 221.8
材料耐力σy = 410 N/mm2より 极限表面压力σ= 545.3 N/mm2
545.3 fs = = 1.82 ＞1.05 300.3
判断：ＯＫ
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轴力～紧固力矩
安全率 1.4 ⇒OK
86574 ねじ切り安全率： 1.1 ～ 1.3
Kf : 轴力力矩系数 Ks : 螺丝面摩擦力矩系数 Kw : 接触面摩擦力矩系数 d2 :螺丝的有效径(mm) (≒d－0.649519×螺距) μs : 螺丝面摩擦系数（0.1～0.2) μw : 接触面摩擦系数(0.1～0.2) dw : 等价摩擦直径(mm)
1.155×d2×μs 2×d
1×dw×μw 2×d
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②计算必要轴力
2-6 最小必要轴力 不松动的必要轴力
最小必要轴力
21410N
安全率1.4
1.轴方向外力对应的必要轴力 8636N
2.轴垂直方向外力对应的必要轴力 21410N 3.轴旋转方向外力对应的必要轴力 7804N
29974N
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μ2：摩擦系数
μ1：摩擦系数
轴力
T：入力力矩 d D 轴衬接触面的等价摩擦直径 T：入力力矩 螺母接触面的等价摩擦直径
di1 = √((D^2-d^2)/2)
di2 =
2(D^3-d^3) 3(D^2-d^2)
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Kw =
K = Kf+Ks+Kw
d dw = D
2(D^3-d^3) 3(D^2-d^2)
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紧固验证断面图的参考图例
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紧固力矩和轴力的关系
紧固力矩 T 轴力 F
螺栓轴力(N)
紧固力矩(Nm)
力矩系数
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②选出必要轴力
●轴方向的外力＝5501N
（适用于接地点左右耐久载荷）
２-1 外力的把握
●轴垂直方向的外力＝10965N
（适用于上下耐久载荷）
●轴旋转的外力＝15.1Nm
（衬套的扭转反力）
没有外力的紧固部位的讨论 固定重量×5G／固定点数
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0.15
力矩系数Ｋ：0.2
螺纹加工极限线 力矩系数偏差 ±23.4% 0.25
轴力（Ｎ）
安全率 1.4 ⇒OK
29974
F=
1000T Kd
21410
松动极限线
0 0 90 紧固力矩（Ｎ／ｍ） 25 110
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③可靠性的确认
３－１ 螺纹加工的确认 螺纹加工安全率≧1.0
940N/mm2×92.1mm2
(屈服应力) (有效断面积)
螺栓屈服轴力 86574N = ≒ 1.4 ≧1.0 最大产生轴力 61111N
最大紧固力矩为 110Nm时的轴力 110×1000 0.15×12
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Ptmax
轴力（Ｎ）
3000
Ptmin 2000
必要轴力安全率 1.4
F=
1000T Kd
松动极限线
极限必要轴力
1000
松动
0 0 5 MIN MAX 10 15 紧固力矩（Ｎ／ｍ） 6
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松动发生的条件
转动松动 ・剪切载荷⇒×非常危险 ・扭转载荷⇒△危险 ・拉伸载荷⇒○基本不会松动
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②计算最小轴力
２-6 将最小轴力转化为紧固力矩 最小产生轴力 最小紧固力矩
29974 N
F= T×1000 より K×d
90 Nm
T = ( F×K×d ) / 1000 = (29974×0.25×12) / 1000 = 90 Nm
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①计算必要轴力
２-4 轴垂直方向外力对应的必要轴力的计算
【双支撑结构】
μ1：被紧固物体的支撑面摩擦系数
Ptmin =
P 2μ1
+P’
=
轴力损失 P’ ： 3135N
10965 0.6
+ 3135
= 21410N
②计算必要轴力
２－５ 轴旋转方向外力对应的必要轴力的计算
【双支撑结构】
μ：摩擦系数
（一般为0.15）
Ptmin = =
T より μ×di1
15.1×1000 0.15×12.9
= 7804 N
√(22^2-12.2^2) √2 = 12.9
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入力力矩 T ： 15.1Nm
di1 =
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②计算必要轴力
２-3 轴方向外力所需的必要轴力的计算 轴力 : Ptmin Ptmin = Wa+P’ = 5501+3135 = 8636N
轴力损失 P’ ： 3135N
轴方向载荷 Wa： 5501N
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轴垂直入力载荷
Ｐ ：10965Ｎ
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②计算必要轴力
２－５ 轴旋转方向对应的必要轴力的计算
【双支撑结构】 【单支撑结构】
T Ptmin = μ×di1
μ：摩擦系数
（一般为0.15）
Ptmin =
T 2 (μ1・di1+μ2・di2)
屈服轴力（设计条件下限）
M12 迁都划分为10.9的螺栓
屈服轴力(N) = 940×92.1 = 86574
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（参考）紧固力矩和轴力的关系
通过计算算出力矩系数 K 的方法
Kf = Ks = 0.044×d2 2×d
3-3 极限表面压力的确认
washer的表面压力 BRKT表面压力 最坏偏差
Inner pipe的表面压力 ※ 若是超过极限表面压力接触面会下陷发生松动。
接触面面积A
表面压力：
σc =
Pt +Wa A
Ｐｔ ：紧固轴力（最大产生轴力 Ptmax）
Wa ：轴方向压缩外力（N) Ａ ：接触面面积(mm2) σ：被紧固物体材料的极限表面压力 (N/mm2) =0.0004×σy^2+1.2561×σy-36.929 σy：材料的屈服点或耐力(N)
合成应力 σv＝√((σ)^2+3×τ^2) = √ (32.2^2+3×273.6^2) = 475 要是合成应力＜螺栓的屈服应力的话很安全 根据475N/mm2＜940N/mm2
判定：ＯＫ
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③可靠性的确认
T×1000 F= K×d
螺丝标呼直径 (mm)
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破 损
5000
轴力～紧固力矩
0.15 力矩系数Ｋ：0.2 螺纹加工极限线 力矩系数偏差 ±23.4% 0.25
4000
安全率 1.0
ねじ切り安全率： 1.1 ～ 1.3
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③可靠性的确认
3-2 螺丝强度的确认
紧固力引起的拉伸应力 σ（N/mm2) σ＝
大载荷的拉伸载荷
螺栓拉伸载荷Wt 2970 = = 32.2 螺丝处有效断面面积As 92.1
大载荷的剪断载荷
紧固力引起的剪断载荷 τ（N/mm2) τ＝
剪断载荷Ws 25200 = = 273.6 螺丝处有效断面面积As 92.1