螺栓的设计与计算
普通螺栓连接的构造和计算
二、螺栓的排列
端距 中距 中距 边距 边距
A 并列
B 错列
螺栓的排列应满足： 受力要求 构造要求 施工要求
1）受力要求 任意方向的中距、边距和端距不能过小，以防 止钢板截面过度削弱而承载力不足； 对于受压构件，中距不能太大，以防止连接板 件发生鼓曲。
2）构造要求
螺栓的边距和中距不宜太大，以免板件间贴合 不密，潮气侵入腐蚀钢材。 3）施工要求
拼接板强度验算:
N
0.5 N An f
c1 b1 c 3 c2
2 2’ b 2 2’
t1 t
N
对于2 2截面：An b1 m d 0 t 1 ;
2 2 对于2’2’ 截面：An 2c 4 m 1 c1 c 2 m d 0 t 1 ;
i 1 n 2 yi
b Nt
（四）普通螺栓拉、剪联合作用
1、两种破坏形式 螺杆受剪兼受拉破坏 孔壁承压破坏；
NV
e V V
M=Ve
2、拉剪相关曲线 “四分之一圆”
NV
b
1
b a
1 N t N tb
0
为防止螺杆受剪兼受拉破坏，应满足：
NV
Nv Nt 1 Nb Nb v t
☻M作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为：
1）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性； 2）螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处， 各螺栓所受拉力与其至中和轴的距离呈正比。
‘1’号螺栓在M作用下所受拉力最大
1 2 3 4
M
刨平顶紧 承托(板)
M
N1 N2 y N3 y2 1 y N4 3 中和轴
螺栓设计和计算
联接接合面材料的许用挤压应力
材料
钢
铸铁
混 凝 土 砖（水泥浆缝） 木 材
2.0-3.0
1.5-2.0
2.0-4.0
螺栓的性能等级（摘自 GB 3098.1--82）
性能等级（标记） 抗拉强度极限 屈服极限
3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 9.8 330 400 420 500 520 600 800 900 190 240 340 300 420 480 640 720
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[σ]p,可查下表。 表:联接接合面材料的许用挤压应力[σ]p
注： l）σs 为材料屈服权限，MPa; σB 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。
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3）联接承受载荷时，[σ]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
图 1 凸台与沉头座的应用
图 2 斜面垫圈的应用
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。
3．承受工作剪力的紧螺栓联接
螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为
螺栓杆的剪切强度条件为
式中：F ——螺栓所受的工作剪力，N；
d0 ——螺栓剪切面的直径（可取为螺栓孔的直径），mm； L Lmin ——螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，mm，设计时应使 min
普通螺栓的构造和计算概要
§3-5 普通螺栓的构造和计算3.5.1螺栓的排列和其他构造要求一、螺栓的排列螺栓在构件上排列应简单、统一、整齐而紧凑，通常分为并列和错列两种形式（图3.5.1）。
并列比较简单整齐，所用连接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，对构件截面削弱较大。
错列可以减小螺栓孔对截面的削弱，但螺栓孔排列不如并列紧凑，连接板尺寸较大。
图3.5.1 钢板上的螺栓（铆钉）排列螺栓在构件上的排列应满足受力、构造和施工要求：（1）受力要求：在受力方向螺栓的端距过小时，钢材有剪断或撕裂的可能。
各排螺栓距和线距太小时，构件有沿折线或直线破坏的可能。
对受压构件，当沿作用方向螺栓距过大时，被连板间易发生鼓曲和张口现象。
（2）构造要求：螺栓的中矩及边距不宜过大，否则钢板间不能紧密贴合，潮气侵入缝隙使钢材锈蚀。
（3）施工要求：要保证一定的空间，便于转动螺栓板手拧紧螺帽。
根据上述要求，规定了螺栓（或铆钉）的最大、最小容许距离，见表3.5.1。
螺栓沿型钢长度方向上排列的间距，除应满足表3.5.1的要求外，尚应满足附录10螺栓线距的要求。
表3.5.1 螺栓或铆钉的最大、小最容许距离注：1 d0为螺栓或铆钉的孔径，t为外层较薄板件的厚度。
2 钢板边缘与刚性构件（如角钢、槽钢等）相连的螺栓或铆钉的最大间距，可按中间排的数值采用。
二、螺栓的其他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）为了使连接可靠，每一杆件在节点上以及拼接接头的一端，永久性螺栓数不宜少于两个。
但根据实践经验，对于组合构件的缀条，其端部连接可采用一个螺栓。
（2）对直接承受动力荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽或其他防止螺帽松动的有效措施。
例如采用弹簧垫圈，或将螺帽或螺杆焊死等方法。
（3）由于C级螺栓与孔壁有较大间隙，只宜用于沿其杆轴方向受拉的连接。
承受静力荷载结构的次要连接、可拆卸结构的连接和临时固定构件用的安装连接中，也可用C级螺栓受剪。
螺栓的设计与计算
螺栓的设计与计算目录n基本知识n拧紧工艺n计算与校核n加工与制造n相关试验n螺纹联接件按用途可分为很多种，常见的有螺栓、螺柱、螺母、螺钉。
六角头螺栓双头螺柱六角螺母六角开槽螺母内六角圆柱头螺钉开槽圆柱头螺钉开槽沉头螺钉平垫圈弹簧垫圈紧定螺钉n常用螺纹联接件都已标准化，可以直接从商店购买，但发动机关键部件螺栓通常不是通用件，需要另外开发设计。
n常用螺栓联接方式有螺栓联接、螺柱联接、螺钉联接。
螺栓联接螺柱联接螺钉联接dd 0ahbl ken螺栓联接相关参数l公称直径(大径）Dl螺距Pl有效直径（中径）D2l小径D3l螺栓有效直径Ll螺纹长度Bl螺纹牙侧角βl螺纹升角ψl螺母头厚度ml光孔直径D例：M 10 X 1.5(8.8) 表示螺栓公称直径：D＝10mm螺栓螺距：P＝1.5mm螺栓等级：8.8级n螺栓型号实例βn螺栓性能等级标号由两部分数字组成，分别表示螺栓材料公称抗拉强度值和屈强比值。
一般螺栓用“X.Y”表示强度。
X*100=螺栓抗拉强度，X*100*（Y/10）=螺栓屈服强度。
例：性能等级10.9级高强度螺栓，其材料经过热处理后，能达到：1、螺栓材质公称抗拉强度达100*10＝1000MPa级；2、螺栓材质的屈强比值为0.9；3、螺栓材质的公称屈服强度达1000×0.9=900MPa级n螺栓性能等级含义是国际通用标准，相同性能等级的螺栓，不管其材料和产地的区别，其性能是相同的，设计上只选性能等级。
n钢结构连接用螺栓性能等级分3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等10余个等级。
8.8级及以上螺栓材质为低碳合金钢或中碳钢并经热处理（淬火、回火），通称为高强度螺栓，其余通称为普通螺栓。
n发动机关键部件常用高强度螺栓等级为8.8,10.9,12.9，少数用11.9。
预紧力预紧力压紧力侧滑力侧滑力扭矩100%螺栓头部20-70%螺纹部分20-70%预紧力5-10%n 螺纹联接是用螺纹紧固件把两个或更多的被联接件夹紧在一起,以便抵抗各种外载荷, 而被联接件不分离, 不滑移, 或者接合面不洩漏。
钢结构螺栓连接设计与计算
螺栓连接的计算——普通螺栓
抗剪螺栓的破坏形式
螺栓连接的计算——普通螺栓
一个螺栓的抗剪承载力
螺栓连接的计算——普通螺栓
螺栓连接的计算——普通螺栓
受轴心剪力螺栓群强度计算
螺栓连接的计算——普通螺栓
受轴心剪力螺栓群强度计算ຫໍສະໝຸດ 螺栓连接的计算——普通螺栓
螺栓连接的计算——普通螺栓
在剪力和扭矩共同作用下的螺栓群
螺栓连接的计算——普通螺栓
螺栓连接的计算——普通螺栓
螺栓连接的计算——普通螺栓
螺栓连接的计算——普通螺栓
普通螺栓按受力方式不同分为三类： 1. 抗剪螺栓 2. 抗拉螺栓 3. 同时承受剪力和拉力
螺栓连接的计算——普通螺栓
螺栓连接的计算——普通螺栓
螺栓连接的计算——普通螺栓
抗拉螺栓强度校核
螺栓连接的计算——高强螺栓
高强度螺栓群强度计算
除单个螺栓强度设计值与普通螺栓不同外，其余与普通螺栓计算相同。
螺栓连接的计算——高强螺栓
高强螺栓受弯矩作用下，与普通螺栓不同
螺栓连接的计算——高强螺栓
螺栓连接的计算——高强螺栓
螺栓连接的计算——高强螺栓
高强螺栓净截面强度验算
THE END
钢结构螺栓连接设计与计算
螺栓连接的分类 螺栓连接的构造要求 螺栓连接的计算
内容概要
螺栓连接的分类 螺栓连接的构造要求 螺栓连接的计算
螺栓的分类
螺栓连接分为：
螺栓连接的分类
普通螺栓：通过螺栓杆的抗剪和抗压来传递力。
高强螺栓：利用拧紧螺栓使栓杆中产生高的预拉力，从而使被连接板件 间的剪力由螺母压紧连接的板叠间所产生的摩擦力来传递。
螺栓连接的计算——高强螺栓
螺栓的扭矩怎么计算
螺栓的扭矩怎么计算
螺栓是机械设备中常见的连接元件，扭矩是螺栓连接中需要考虑的重要参数。
正确计算螺栓的扭矩对于确保连接的可靠性至关重要。
下面将介绍如何计算螺栓的扭矩。
1. 螺栓扭矩的公式
螺栓的扭矩计算公式为：
$T = F \\times D$
其中，
•T为螺栓的扭矩（Nm）；
•F为施加在螺栓上的力（N）；
•D为螺栓偏心距离（m）。
2. 扭矩计算步骤
（1）确定施加在螺栓上的力F。
螺栓连接时需要考虑受力情况，根据具体情况确定所需的预紧力。
（2）确定螺栓的偏心距离D。
螺栓的偏心距离指的是力和螺栓轴线之间的垂直距离，通常情况下可以通过技
术手册或相关设计图谱得到。
（3）将力F和偏心距离D带入公式计算得到螺栓的扭矩T。
3. 扭矩计算的注意事项
•在计算过程中要考虑到材料的强度和连接部件之间的摩擦力，以及预紧力的影响；
•需要根据具体的工程要求和设计条件来确定螺栓的扭矩；
•在实际应用中，通常需要考虑到温度、振动等外部因素对扭矩的影响。
通过以上步骤，可以准确计算螺栓的扭矩，确保连接的稳固可靠。
在工程设计
和制造过程中，正确的扭矩计算是确保设备安全运行的重要环节之一。
螺栓结构设计计算公式与实例
松螺栓连接紧螺栓连接1、受横向工作载荷（1）当普通螺栓联结承受横向载荷时，由于预紧力的作用，将在接合面间产生摩擦力来抵抗工作载荷（如图），这时螺栓仅承受预紧力的作用，而且预紧力不受工作载荷的影响，在联结承受工作载荷后仍保持不变。
预紧力F0的大小，根据接合面不产生滑移的条件确定。
假设为保证接合面不产生滑移所需要的预紧力为F0，则结合面间的摩擦力与横向外载荷平衡的条件是：（2）螺栓除受预紧力的拉伸而产生拉伸应力外，还受拧紧螺纹时，因螺纹摩擦力矩而产生的扭转切应力，使螺栓处于拉伸与扭转的复合应力状态下。
因此在进行强度计算时，应综合考虑拉伸应力和扭转切应力的作用。
螺栓危险截面的拉伸应力为:预紧螺栓时由螺纹力矩T 产生的扭转剪切应力： 1.3：系数将外载荷提高30%，以考虑螺纹力矩对螺栓联接强度的影响，这样把拉扭的复合应力状态简化为纯拉伸来处理，大大简化了计算手续，故又称简化计算法2、受轴向工作载荷松螺栓连接装配时螺母不需拧紧，故在承受工作载荷之前螺栓不受力。
这种连接应用范围有限，主要用于拉杆、起重吊钩等连接方面。
螺栓所受拉力=工作载荷d1：螺栓小径F：螺栓总拉力[σ]：许用拉应力σs：螺栓屈服强度S S ：安全系数，一般取1.2-1.7z.f.F0≥KF z：结合面数目f－结合面的摩擦系数，K－防滑系数，K＝1.1-1.3F —横向载荷σs：螺栓屈服强度S S ：安全系数，一般取1.2-1.7受轴向工作载荷时,螺栓所受的总拉力：F2 = F1+ FF2 : 总拉力F1 : 残余预紧力F:工作载荷16/311d T πτ=][41σπF d ≥[]S ss σσ=[]S s s σσ=MPad F ca ][4/3.13.1212σπσσ≤==3、铰制孔螺栓（螺栓承受剪切力）螺栓杆与孔壁之间无间隙，接触表面受挤压；在连接接合面处，螺栓杆则受剪切。
因此，应分别按挤压及剪切强度条件计算。
钢结构连接计算书(螺栓)
钢结构连接计算书(螺栓)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1钢结构连接计算书一、连接件类别：普通螺栓。
二、普通螺栓连接计算：1、普通螺栓受剪连接时，每个普通螺栓的承载力设计值，应取抗剪和承压承载力设计值中的较小者。
受剪承载力设计值应按下式计算：式中 d──螺栓杆直径,取 d = mm；n v──受剪面数目，取 n v = ；f v b──螺栓的抗剪强度设计值，取 f v b= N/mm2；计算得：N v b = ×××4= N；承压承载力设计值应按下式计算：式中 d──螺栓杆直径,取 d = mm；∑t──在同一受力方向的承压构件的较小总厚度，取∑t= mm；f c b──普通螺栓的抗压强度设计值，取 f c b= N/mm2；计算得：N c b = ××= N；故: 普通螺栓的承载力设计值取 N；2、普通螺栓杆轴方向受拉连接时，每个普通螺栓的承载力设计值应按下式计算：式中普通螺栓或锚栓在螺纹处的有效直径，取 de= mm；f t b──普通螺栓的抗拉强度设计值，取 f t b= N/mm2；计算得：N t b = ×× / 4 = N；3、普通螺栓同时受剪和受拉连接时，每个普通螺栓同时承受剪力和杆轴方向拉力应符合下式要求：式中 N v──普通螺栓所承受的剪力，取 N v= kN =×103 N；N t──普通螺栓所承受的拉力，取 N t= kN =×103 N；[(N v/N v b)2+(Nt/Nt b)2]1/2=[×103/2+×103/2]1/2 = ≤ 1；N v = N ≤ N c b = N；所以，普通螺栓承载力验算满足要求！。
螺栓重量计算
螺栓重量计算螺栓是一种常用的紧固件，它可以将两个零件紧固在一起，提供强大的紧固力。
它们也有不同的尺寸和规格，因此在设计和制造过程中，螺栓的重量计算是非常重要的。
螺栓重量的计算是通过螺栓的尺寸和材料来计算的。
螺栓的尺寸包括头部直径、螺纹直径、螺纹长度、螺母的外径和高度以及螺母的孔径。
这些尺寸都会影响螺栓的重量。
螺栓的重量也受到螺栓材料的影响。
一般来说，螺栓的材料包括钢、铝、铜、锌、镍和铬等。
每种材料都有不同的密度，因此螺栓的重量也会有所不同。
螺栓重量计算的公式是：螺栓重量=螺栓材料密度×螺栓体积。
其中，螺栓体积=π×头部直径×螺纹直径×螺纹长度+π×螺母外径×螺母高度+π×螺母孔径×螺母高度。
举例来说，如果一个螺栓的尺寸为M12×1.5×50mm，材料为钢，钢的密度为7.85g/cm3，则螺栓的重量可以计算如下：螺栓重量=7.85g/cm3×π×12mm×1.5mm×50mm+π×24mm×10mm+π×10mm×10mm=7.85g/cm3×2.14cm3+2.09cm3+0.785cm3=17.09g因此，这个M12×1.5×50mm的钢螺栓的重量约为17.09g。
总之，螺栓重量的计算是基于螺栓的尺寸和材料来计算的。
螺栓的尺寸包括头部直径、螺纹直径、螺纹长度、螺母的外径和高度以及螺母的孔径，而螺栓的材料包括钢、铝、铜、锌、镍和铬等。
螺栓重量的计算公式是：螺栓重量=螺栓材料密度×螺栓体积。
螺栓设计和计算
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在横向总载荷 F∑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 Qp，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=1.1～1.3。 由式（5-24）求得预紧力 Qp，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 钢或铸铁零件 接合面的表面状态 干燥的加工表面 摩擦系数 f 0．10-0.16 0．06-0．10 0．30-0．35 0．35-0．40 0．45-0．55 0．40-0．45
d0
——螺栓剪切面的直径（可取为螺栓孔的直径），mm； Lmin ——螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，mm，设计时应使 Lmin [σ]p——螺栓或孔壁材料的许用挤压应力，MPa ； [τ] ——螺栓材料的许用切应力，MPa 。
1.25d0；
承受工作剪力的紧螺栓联接
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有效应力集中系数 材料的 400 3.0 尺寸系数 直径 d(mm) 600 3.9 800 4.8 1000 5.2
10.9 1040 940 312
12.9 1220 1100 365
推荐材料
低碳钢
低碳钢或中碳钢
中碳钢， 低、 中碳合金 中碳钢，淬火 钢，淬火并 合金钢 并回火 回火，合金 钢
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螺栓受力计算
螺栓受力（变载荷）计算说明：按照《机械设计》（第四版）计算1 螺栓受力计算 螺栓的工作载荷N z F F Q 1025410410,0F 21=⨯=== 剩余预紧力 N N F F 5.153710255.15.12"=⨯==螺栓最大拉力 "202F F F +==1025+1537.5=2562.5N相对刚度系数(金属之间) c=0.2～0.3预紧力 202'25.0F F F -==1,875-0.25×750=1,687.5N 螺栓拉力变化幅度 N F F F a 75.843205.687,12102=-=-=2 计算螺栓应力幅螺栓直径 d=16 螺栓几何尺寸 =1d 10.106 =2d 10.863 p=1.75, H=0.866p=1.5155mm 螺栓危险截面面积2221c 2541mm .76)6H 106.10(4)6H d (4A =-=-=ππ螺栓应力幅065MPa .112541.7675.843A F c a a ===σ 3 确定许用应力螺栓性能等级8.8级 640MPa ,800MPa s b ==σσ 螺栓疲劳极限 256MPa 32.0b 1==-σσ（ 8.8级螺栓取0.4～0.45，保守计算取0.32）极限应力幅度 24MPa .742568.46.1187.0k k k 1um alim =⨯⨯⨯==-σεσσ ε为尺寸系数 d=12，取0.87；m k 螺纹制造工艺系数，车制m k =1； u k 螺纹牙受力不均系数，受拉u k =1.5～1.6； σk 螺纹应力集中系数，8.8级螺栓取4.8许用应力幅度 [][]MPa 75.24374.24S a alim a ===σσ []a S 安全系数，取[]a S =2.5～4 4 校核螺栓变载荷强度 []MPa 75.24065MPa .11a a =<=σσ 螺栓的疲劳强度合格。
螺栓计算
15 DG 250 46 F 8305.3 Am
0.4 n 4 do 3.95612 增压比 19554.35 115.706213 49.143787 4 6.070347 29.63248 53066 453.555556 204178.5 1745.11538
计 算 参 数 输 入 计算压力 设计温度下螺栓材料许用应力 垫片压紧力作用中心圆直径 垫片有效密封宽度 垫片系数 螺栓数量 实际所需螺栓面积 流体压力引起的总轴向力 操作状态下最小垫片压紧力 操作状态下需要最小螺栓载荷 操作状态下需要最小螺栓面积 主螺栓光杆部分直径 故选用螺栓规格为 pc [σ ]bt DG b m n Ab 计 算 结 果 F FP WP AP d0 M 981250.0 N 0.0 N 981250.0 N 5806.2 ㎜2 31.9 ㎜ M20 5 MPa 169 MPa 500 ㎜ 0㎜ 0㎜ 20 16000.0 ㎜2
n
do 8 10.91268 6 9.813068 10 14.90999 8 6.635088
82
22670.8 276.473171 981250
所用计算公式： F=0.785×DG2×pc FP=6.28×DG×b×m×pc Wp=F+Fp Ap=Wp/[σ ]bt d0=√4×Am/(3.14×n) Am=Ap 说明： 1)因为端部密封形式采用o形圈结构形式，所以预紧状态下的垫 片压紧力Fa为0； 2)实际螺栓面积Am等于Ap；Ab应不小于Am，在此取Am等于Ab。
螺栓选用计算
(一).松螺栓联接强度计算拉伸强度工作拉力(N)F螺栓材料的许用拉应力(MPa)[σ]螺栓危险截面的直径(㎜)d1≥#DIV/0!(二).紧螺栓联接强度计算1.仅承受预紧力的螺栓联接螺栓危险截面的拉伸应力螺栓危险截面的扭转切应力τ≈0.5σ预紧状态下的计算应力预紧力(N)F0螺栓材料的许用拉应力(MPa)[σ]螺栓危险截面的直径(㎜)d1≥#DIV/0!2.承受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接预紧力F0工作拉力F残余预紧力F1螺栓的总拉力F20螺栓材料的许用拉应力(MPa)[σ]螺栓危险截面的直径(㎜)d1≥#DIV/0!3.承受工作剪力的紧螺栓联接螺杆所受的工作剪力（N）F螺栓剪切面的直径（mm）d0螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度（mm）Lmin螺栓或孔壁材料的许用挤压应力(MPa)[σp]螺栓材料的许用切应力（MPa）[τ]螺栓杆与孔壁的挤压强度条件σp螺栓杆的剪切强度条件τd0≥#DIV/0!d0≥#DIV/0!d0≥#DIV/0!(三)螺栓组联接的设计螺栓组联接的受力分析1.受横向载荷的螺栓组联接对于铰制孔用螺栓：横向总载荷FΣ螺栓数目Z每个螺栓所受的横向工作剪力F#VALUE!挤压强度校核剪切强度校核对于普通螺栓联接：结合面的摩擦系数f结合面数i防滑系数ks预紧力F0≥#DIV/0!2.受转矩的螺栓组联接采用普通螺栓转矩T结合面的摩擦系数f第i个螺栓的轴线到螺栓组对称中心O的距离ri螺栓数目Z防滑系数ks预紧力F0≥#DIV/0!采用铰制孔用螺栓受力最大螺栓的轴线到螺栓组对称中心O的距离rmax∑第i个螺栓的轴线到螺栓组对称中心O的距离ri受力最大螺栓的工作剪力Fmax#DIV/0!3.受轴向载荷的螺栓组联接轴向总载荷FΣ螺栓数目Z每个螺栓所受的轴向工作载荷F#DIV/0!4.受倾翻力矩的螺栓组联接//输入项//输入项//螺栓除承受预紧力F0的拉伸而产生拉应力外，还承受螺纹摩擦力矩T1的扭矩而产生扭转切应力，使螺栓处于拉伸扭转的复合应力状态下。
螺栓设计计算公式
M
刨平顶紧 承托(板)
M
N1 N2 y1 N3 y y3 2 N4 中和轴
受压区
N1
M y1
2 y i i 1 n
N tb
普通螺栓群在偏心拉力作用下
N
e
1 2 3 4
N1 N2
y1 N3 N4 y2 中 和 轴
N M=N·e
M作用下
N作用下
小偏心力作用下普通螺栓连接，
M
1 2 3 4
M
N1 N2 N3 N4
y1 y2 中 和 轴 受压区
N1
M y1
2 y i i 1 n
N tb
3、偏心拉力作用下
N
1 2 3 4 N1 N2
e
y1 N3 N4 y2 中 和 轴
N M=N·e
M作用下
N作用下
N N M y1 b N1 N 1M n Nt n n 2 yi
2
M y1 N n n 2 y i
i 1
V n
2
1 且 : N v1
N 1.2
b c
三种螺栓的异同点
• 连接可以承受剪、拉、拉剪联合作用； • 排列构造相同； • 承压型和摩擦型高强螺栓所用材料相同，工作时都需 要施加预紧力，强度等级相同，所施加预紧力也相同 ，预紧力施加的方法也相同，但承载力极限状态不同 ，传力机理不同，单栓承载力计算方法不同。 • 高强螺栓与普通螺栓相比，所用材料不同，安装方法 不同，栓杆内的预紧力不同，连接件接触面处理方法 不同，传递荷载机理不同，极限状态不同，设计方法 也不同，应用场合不同
N
N
（4）板件端部被剪坏(拉豁) 端矩过小时；端矩不应小于2dO N N
普通螺栓的构造和计算
§3-5 普通螺栓的构造和计算3.5.1螺栓的排列和其他构造要求一、螺栓的排列螺栓在构件上排列应简单、统一、整齐而紧凑，通常分为并列和错列两种形式（图3.5.1）。
并列比较简单整齐，所用连接板尺寸小，但由于螺栓孔的存在，对构件截面削弱较大。
错列可以减小螺栓孔对截面的削弱，但螺栓孔排列不如并列紧凑，连接板尺寸较大。
图3.5.1 钢板上的螺栓（铆钉）排列螺栓在构件上的排列应满足受力、构造和施工要求：（1）受力要求：在受力方向螺栓的端距过小时，钢材有剪断或撕裂的可能。
各排螺栓距和线距太小时，构件有沿折线或直线破坏的可能。
对受压构件，当沿作用方向螺栓距过大时，被连板间易发生鼓曲和张口现象。
（2）构造要求：螺栓的中矩及边距不宜过大，否则钢板间不能紧密贴合，潮气侵入缝隙使钢材锈蚀。
（3）施工要求：要保证一定的空间，便于转动螺栓板手拧紧螺帽。
根据上述要求，规定了螺栓（或铆钉）的最大、最小容许距离，见表3.5.1。
螺栓沿型钢长度方向上排列的间距，除应满足表3.5.1的要求外，尚应满足附录10螺栓线距的要求。
表3.5.1 螺栓或铆钉的最大、小最容许距离注：1 d0为螺栓或铆钉的孔径，t为外层较薄板件的厚度。
2 钢板边缘与刚性构件（如角钢、槽钢等）相连的螺栓或铆钉的最大间距，可按中间排的数值采用。
二、螺栓的其他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）为了使连接可靠，每一杆件在节点上以及拼接接头的一端，永久性螺栓数不宜少于两个。
但根据实践经验，对于组合构件的缀条，其端部连接可采用一个螺栓。
（2）对直接承受动力荷载的普通螺栓连接应采用双螺帽或其他防止螺帽松动的有效措施。
例如采用弹簧垫圈，或将螺帽或螺杆焊死等方法。
（3）由于C级螺栓与孔壁有较大间隙，只宜用于沿其杆轴方向受拉的连接。
承受静力荷载结构的次要连接、可拆卸结构的连接和临时固定构件用的安装连接中，也可用C级螺栓受剪。
螺栓设计和计算
螺栓设计和计算螺栓设计是机械工程中的一项重要任务，它涉及到对螺栓的尺寸、强度、荷载和材料等方面进行详细的考虑和计算。
下面将对螺栓设计的基本步骤和计算方法进行详细的阐述。
一、螺栓类型选择首先，需要根据具体的应用场景和设计要求，选择合适的螺栓类型。
螺栓的类型多种多样，包括沉头螺栓、半圆头螺栓、外六角螺栓等等，每种类型的应用场景和优缺点也不尽相同。
因此，在选择螺栓类型时，需要综合考虑设计要求、安装空间、材料特性等多种因素。
二、螺栓材料选择螺栓的材料对螺栓的强度、耐久性和使用性能有着至关重要的影响。
常见的螺栓材料包括碳钢、不锈钢、合金钢等。
在选择材料时，需要考虑材料的强度、韧性、耐腐蚀性、成本等因素。
同时，还需要考虑材料的加工工艺性能，以确保制造过程中的稳定性和可靠性。
三、螺栓尺寸设计螺栓的尺寸是影响螺栓性能的重要因素之一。
在满足强度和预紧力的前提下，需要综合考虑安装空间、连接件配合尺寸、材料等因素来确定螺栓的尺寸。
其中，螺栓直径、长度、头部尺寸等都是需要考虑的因素。
四、螺栓强度计算螺栓的强度计算是螺栓设计中的核心内容之一。
一般来说，螺栓的强度可以通过静力强度和疲劳强度两个方面来衡量。
静力强度是指螺栓在受到静载荷作用时所能承受的最大拉力，而疲劳强度则是指在周期性载荷作用下，螺栓所能承受的最大交变应力。
在进行强度计算时，需要综合考虑连接件的贴合度、预紧力、接触摩擦系数等因素。
五、螺栓荷载计算荷载是影响螺栓性能的另一个重要因素。
在对螺栓进行荷载计算时，需要考虑被连接件的质量分布、外部力的作用方向和大小等因素。
一般来说，可以将荷载分为垂直荷载和水平荷载两种类型，其中垂直荷载是垂直作用在连接件表面上的力，而水平荷载则是平行作用在连接件表面上的力。
在进行荷载计算时，需要综合考虑被连接件的刚度、连接件的刚度、外部力的作用方式等因素。
六、螺栓连接件配合尺寸计算在进行螺栓设计时，还需要考虑连接件配合尺寸的计算。
连接件配合尺寸是指被连接件与螺栓之间的配合关系，包括贴合面的形状、大小、位置等因素。
螺栓群计算[整理版]
![螺栓群计算[整理版]](https://img.taocdn.com/s3/m/6cea46d209a1284ac850ad02de80d4d8d15a0103.png)
螺栓群受偏心力作用时所受轴向拉力N的计算一、小偏心时：M=F〃e不大 (F等效于M+N)，N m in≥0N max=F/n+(F〃e〃Y1)/(∑Y i2)≤N t bN min=F/n-(F〃e〃Y1)/(∑Y i2)≥0N t b-单个螺栓的抗拉承载力设计值n-螺栓个数∑Y i2-所有螺栓到转动中心的距离平方之和二、大偏心时（N min＜0）：转轴中心另一侧出现受压区。
N1max=F/n+(M〃Y1)/(∑Y i2)≤N t b塔机支座螺栓受力分析实例QT80基础承受的荷载为工作状态：垂直力N=1057KN 水平力S=60KN倾覆矩M=1460KNm 扭矩W=292KNm 非工作状态：垂直力N=977KN 水平力S=78KN倾覆矩M=2165KN支座截面边长为b=4.3m，每个角4个M33的螺栓（40Cr,调质T150）。
可先将螺栓群作为一个小单元（整体），进行拉力N计算，再将N除以小单元中螺栓个数n，最后乘以不均匀系数1.5，即可得单个螺栓所受最大拉力。
①水平方向：单个螺栓受力水平力S的作用：Q S=S4×4×1.5=784×4×1.5=7.313KN扭矩W的作用：Q W=W2 b×0.5×4×4×1.5=8.823KN水平方向总剪力Q=Q S2+Q W2=11.42KN②垂直方向：由倾覆矩与垂直压力共同作用下单个螺栓受力最大值以C点为转动中心，A点受拉力最大a、倾覆矩产生在A点产生拉力N MA=MY A/(Y A2+Y B2)=[2165× 2 ×b]/ [( 2 b)2+( 2×b)2]=285KN2b、垂直力在A点产生的压力N A压=N/4=977/4=244KNC、A点单个螺栓所受最大拉力N max=( N MA- N A压)÷4×1.5=15.37KN螺栓强度校核支座螺栓螺纹M33，其螺杆底径为Ф30，则拉应力σl=N max/A=15.37/(π×152)=21.65N/mm2剪应力τ=Q/A=11.42/(π×152)=16.16 N/mm2联合应力σ=σ2+3τ2 =35.38 N/mm2查[σ]=170 N/mm2＞σ安全。
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螺栓的设计与计算 刘国庆
预紧力概念
n螺纹联接是用螺纹紧固件把两个或更多的被联接件夹紧在一起,以便抵抗各种外载 荷, 而被联接件不分离, 不滑移, 或者接合面不洩漏。在施加外载荷之前,需拧紧螺纹 紧固件,以加紧被联接件。称拧紧螺纹紧固件为预紧,称该力为预紧力。
15000 15000
屈服点控制 M8
15000 15000
n螺栓伸长法 l机械测定伸长法 l超声波测定伸长法
n液压拉伸法 n加热膨胀法 n手动预紧法
其它控制方法
螺栓在拧紧过程中被拉长
超声波信号的传播时间和螺栓的预紧力成正比
螺栓的设计与计算 刘国庆
扭矩+转角法螺栓计算程序
n计算程序参照AVL螺栓计算方法编制 n软件平台EXCEL n程序目的
n铝合金螺栓：铝合金螺栓主要和镁制被联接件配套使用
n和镁制被联接件之间不存在接触腐蚀 n高温下也能保持较大的预紧力 n较小的最小拧紧深度使得联接结构变得更紧凑
螺栓的设计与计算 刘国庆
调质钢 双相微合金钢
铝合金螺栓
螺栓模具工艺
n较好的模具钢和先进的表面涂层 n采用多重加固工艺 n通过应用分体模具使得冷墩带肩的
能较准确控制预紧力
扭矩 – 转角关系图
Mmax
Mmin
螺栓材料完全被利用 联接的抗疲劳性能好
M1
贴紧扭矩
l缺点 操作较复杂，成本高
转角开始测量
对拧紧工具要求较高
螺栓重复使用受到限制
没有可能对拧紧结果进行事后复检
最大许用扭矩
Фmin
Фmax
转角Ф
扭矩(Nm)
转角（ｏ）
螺栓的设计与计算 刘国庆
预紧力(kN)
螺栓等级
n螺栓性能等级标号由两部分数字组成，分别表示螺栓材料公 称抗拉强度值和屈强比值。一般螺栓用“X.Y”表示强度。 X*100=螺栓抗拉强度，X*100*（Y/10）=螺栓屈服强度。
例：性能等级10.9级高强度螺栓，其材料经过热处理后，能达到： 1、螺栓材质公称抗拉强度达100*10＝1000MPa级； 2、螺栓材质的屈强比值为0.9； 3、螺栓材质的公称屈服强度达1000×0.9=900MPa级
n螺栓性能等级含义是国际通用标准，相同性能等级的螺栓， 不管其材料和产地的区别，其性能是相同的，设计上只选 性能等级。
n钢结构连接用螺栓性能等级分3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、 9.8、10.9、12.9等10余个等级。8.8级及以上螺栓材质为低碳 合金钢或中碳钢并经热处理（淬火、回火），通称为高强度螺 栓，其余通称为普通螺栓。
n可应用的拧紧工艺 l扭矩控制法 l扭矩转角控制法 l屈服点控制法 l客户制定的特殊控制法
n可确定的参数 l螺栓头端面摩擦扭矩 l螺纹摩擦扭矩 l总扭矩 l转角 l预紧力
实验台的测量单元 轴向轴承
螺纹间摩擦力矩 测量传感器
预紧力测量传感器
螺栓头端面摩擦 力矩测量传感器
螺栓的设计与计算 刘国庆
螺纹联接试验台
nC)转角紧固关系公式
转角与伸长量成正比
螺栓的设计与计算 刘国庆
螺纹摩擦影响因子
代号标示具体意义
螺栓的设计与计算 刘国庆
扭矩控制法
n广泛被应用常规法,适合多数非关键部位螺纹联接 扭矩M
l优点
Msoll
操作简单，成本低
拧紧工具相对便宜(如力矩扳手或冲击扳手)
扭矩容易被测量和控制
M1
扭矩事后易复检 l缺点
螺栓的设计与计算
螺栓的设计与计算 刘国庆
目录
n基本知识
n拧紧工艺
n计算与校核
n加工与制造
n相关试验
螺栓的设计与计算 刘国庆
注：材料内容来自KMAX培训材料，AVL提供相关材料和网络资源
螺纹联接件
n螺纹联接件按用途可分为很多种，常见的有螺栓、螺柱、 螺母、 螺钉。
六角头螺栓
双头螺柱
六角螺母
六角开槽螺母
n装配系数аA
n散差ΔFm ΔFm=FMmax-FMmin
拧紧工艺 扭矩法拧紧
装配系数аA
1.4-1.6 1.6-1.8
散差ΔFm
注释
±17-23% 扭矩通过测量在拧紧过程中的装配力FM来确定
±23-28% 扭矩以估计的摩擦系数为基础来确定
转角法拧紧
1.2-1.4
±9-17% 以经验来确定起始扭矩及转角
受摩擦因数偏差影响大,获得预紧力离散度大 扭矩M 螺栓材料利用率低
Msoll
Mmax Mmin
贴紧扭矩
Фmin
Фmax
转角开始测量
扭矩 – 转角关系图
转角Ф
最大许用转角
螺栓的设计与计算 刘国庆
扭矩 – 预紧力关系图
预紧力Fv
扭矩－转角控制法
n汽车工业标准装配工艺之一,适合关键零部件紧固 扭矩M l优点
屈服点拧紧
1.2-1.4
±9-17% 预紧力的离散度由每一批螺栓的屈服点的离散度来确定
n实例
拧紧工具
拧紧工艺 选用螺栓(8.8) 夹紧长度20mm 最小预紧力（N) 最大预紧力（N)
螺栓的设计与计算 刘国庆
扭矩控制 M12 15000 37500
扭矩控制 M16 15000 60000
扭矩－转角控制 M8
n螺栓计算 l光杆部分刚度和塑性变形部分刚度串联
n螺栓座计算 l夹紧部分简化杆件刚度串联
螺栓的设计与计算 刘国庆
螺栓计算与校核实例：连杆螺栓
n边界条件: l建议螺栓：M8x1 (10.9) l螺栓材料: C70钢
螺栓的设计与计算 刘国庆
螺栓基本信息计算
n输入任务基本信息 n输入螺栓基本参数 n输入螺栓其他间接信息 n第一个检测门 n根据需要调整参数 （一般不需要调整） n参照黄色区域第一行数据
ββ
k
P/2
Байду номын сангаас
P/2
P
S
e
d d2 d1
ψ
螺栓的设计与计算 刘国庆
n螺栓联接相关参数 l公称直径(大径）D l螺距P l有效直径（中径）D2 l小径D3 l螺栓有效直径L l螺纹长度B l螺纹牙侧角 β l螺纹升角ψ l螺母头厚度m l光孔直径D0
n螺栓型号实例
例：M 10 X 1.5(8.8) 表示 螺栓公称直径：D＝10mm 螺栓螺距： P＝1.5mm 螺栓等级： 8.8级
根据理论公式A,B,C进行计算，使得螺栓相对塑性变形量范围控制在目标值内（0.4～0.6％, 对比较短的螺栓如飞轮螺栓，该值为~2%)。
n螺栓拧紧后状态总伸长量可以按两种思路来算，两者相等可以求得相应转角范围。
l按屈服变形前后方式来算
螺栓伸长量＝屈服前的线性变形量+屈服后的塑性变形量
n按拧紧方式来算
紧固件成为可能
螺栓的设计与计算 刘国庆
螺栓加工方法
n通过冷墩加工替代切削加工 l优点 提高生产力，节省材料 l缺点 墩出件的成形精度受限制，解决办法 采用附加的滚压工序
带有精压配合槽的弹性杆连杆螺栓 精压工艺
螺栓的设计与计算 刘国庆
摩擦系数试验台
n应用范围 l可测定与螺纹联接预紧相关的参数 l测定螺纹摩擦因数和螺栓头端面摩擦因数
螺栓伸长量＝扭矩部分的线性变形量+转角部分变形量
螺栓的设计与计算 刘国庆
螺栓和螺栓座刚度计算
n精确计算。通过有限元计算得到。 n简化计算。
l柱形杆件刚度 l杆件串联
E×A C=
L 11 1
=+ C C1 C2
C········杆件刚度 A ·······杆件横截面面积 L ·······杆件长度 E ·······杆件材料弹性模量
选择归整扭矩 n参照黄色区域第二行数据
选择归整转角满足相对塑性变形率在0.4-0.6%附近。
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即可获得准确的预紧力
连杆螺栓校核
螺栓的设计与计算 刘国庆
螺栓制造工艺
材料选择
模具工艺
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加工方法
螺栓材料选择
n传统的线材：非常适合冷墩加工
l它具有很好的可塑性，线材本身强度小 l 螺栓需要热处理才能满足强度要求 l但热处理时由于螺栓相互碰撞导致螺纹易缺口，对于
被测试螺栓
l螺母形状的限制
l加载后预紧力的损失值
内六角螺栓联接预紧力的测定 被联接件
测力传感器
螺母替代件
螺栓的设计与计算 刘国庆
万能试验机
n应用范围 l测定螺栓和被联接件材料受静载或动载的性能值 l测定螺栓和被联接件的疲劳强度 l螺栓偏斜拉伸试验
n可测定值 l抗拉强度 l抗压强度 l疲劳强度 l抗弯强度
l计算螺栓预紧力 l计算拧紧扭矩和拧紧转角
程序主体控制区
预紧力与扭矩关系图输出 区
螺栓的设计与计算 刘国庆
计算过程信息区 发放版本隐藏
预紧力与扭矩关系图生成 关键点输出区
n计算分成两步（扭矩+转角）
程序原理
l计算初始扭矩值。
根据理论公式A进行计算，使螺栓达到30~50%（理论公式B中的γ）屈服。
l计算后期需加转角。
n可测定值 l弹性区和塑性区的预紧力 l螺栓拧紧过程的动态测量 l预紧力测量不受任何螺栓和 l螺母形状的限制 l加载后预紧力的损失值
内六角螺栓联接预紧力的测定
螺栓的设计与计算 刘国庆
振动试验台
n应用范围
l测试与评估联接件的各种松动状况
n可测定值
l弹性区和塑性区的预紧力
l螺栓拧紧过程的动态测量 l预紧力测量不受任何螺栓和
不同缸盖螺栓的疲劳强度
螺栓的设计与计算 刘国庆