螺栓组连接的设计与受力分析
螺栓组结构设计与受力
§5-4 螺栓组结构设计与——求出受力最大的螺栓，以进行单个螺栓强度计算。 假设：各螺栓直径、长度、材料和预紧力F0相同； 受载后结合面仍为平面； 螺栓的变形在弹性范围内。
1.螺栓组受横向载荷FR ①采用普通螺栓 ——靠结合面的摩擦平衡外载荷FR，而螺栓仅受预紧力和
F ax = F + F 2 + 2F ⋅ F 2 ⋅ cos α m S T S T
2 2
KS ⋅ F ax m f ⋅i
②受FQ+M FQ
§5-4 螺栓组受复合载荷
M FQ
FQ M
F=
F ax m
F Q Z
工作拉力 F ax m
M⋅ Lmax = 2 ∑Li
M⋅ Lmax = + 2 Z ∑Li F Q
F F F 变形协调条件： T1 = T2 = ⋅⋅ ⋅ = TZ r1 r2 rZ F F = Tmax ri Ti rmax
最大工作载荷： F max = T 哪个螺栓受 力最大？
FT1
1
r1
FT2
FT3
O
T 1 2
T⋅ rmax 2 ∑ri
3.螺栓组受轴向载荷FQ
§5-4 螺栓组受轴向载荷
总载荷FQ： F = ∑p Q p 单个螺栓工作载荷：F =
1
2
FR
2
2
α
F ax = F + F 2 + 2F ⋅ F 2 ⋅ cos α m S T S T
哪个螺栓受 力最大？
2）普通螺栓 ①受FR+T
§5-4 螺栓组受复合载荷
FR FT FS FR T
4
3 T
F F = R S Z T⋅ rmax F max = T 2 ∑ri F≥ 0
螺栓组受力
螺纹联接设计：螺栓组联接的受力分析螺栓联接多为成组使用，设计时，常根据被联接件的结构和联接的载荷来确定联接的传力方式、螺栓的数目和布置。
螺栓组联接受力分析的任务是求出联接中各螺栓受力的大小，特别是其中受力最大的螺栓及其载荷。
分析时，通常做以下假设：①被联接件为刚性；②各螺栓的拉伸刚度或剪切刚度（即各螺栓的材料、直径和长度）及预紧力都相同；③螺栓的应变没有超出弹性范围。
下面介绍几种典型螺栓组受力分析的方法。
1. 受轴向力Fz的螺栓组联接图15.5所示为气缸盖螺栓组联接，其载荷通过螺栓组形心，因此各螺栓分担的工作载荷F相等。
设螺栓数目为z，则F=Fz/z (15-19)此外螺栓还受预紧力，其总拉力的求法见本章第15.2.1节。
2. 受横向载荷FR的螺栓组联接图15.10为受横向力的螺栓组联接，螺栓沿载荷方向布置，载荷可通过两种不同方式传递。
图15.10(1) 用受拉螺栓联接螺栓只受预紧力F` ，靠接合面间的摩擦来传递载荷。
假设各螺栓联接接合面的摩擦力相等并集中在中心处，则根据板的平衡条件得或(15-20)式中μs--接合面摩擦系数，对于钢铁零件，当接合面干燥时，μs＝0.10～0.16；当接合面沾有油时，μs＝0.06～0.10；m--接合面数目；z--螺栓数目；kf--考虑摩擦传力的可靠系数，kf＝1.1～1.5。
若z＝1，m=1，并取μs＝0.15，kf＝1.2，则F`＝8FR。
由此可见，这种联接的主要缺点是所需的预紧力很大，为横向载荷的很多倍。
(2) 用受剪螺栓联接时，靠螺栓受剪和螺栓与被联接件相互挤压时的变形来传递载荷。
联接中的预紧力和摩擦力一般忽略不计。
假设各螺栓受均匀载荷Fs，则根据板的静力平衡条件得zF S= F R或F S=F R/z（15-21）3. 受旋转力矩T的螺栓组联接图15.11图15.11为底座承受旋转力矩T的作用，有绕螺栓组形心的轴线O－O旋转的趋势，载荷也可通过两种方式传递。
螺栓组受力分析与计算
螺栓组受力分析与计算一．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．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。
1. 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，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。
扳手空间尺寸螺栓间距t0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。
螺栓组受力分析与计算
螺栓组受力分析与计算一．螺栓组联接得设计设计步骤：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得工作能力5．校核螺栓所需得预紧力就是否合适确定螺栓得公称直径后，螺栓得类型，长度，精度以及相应得螺母，垫圈等结构尺寸，可根据底板得厚度，螺栓在立柱上得固定方法及防松装置等全面考虑后定出。
1、螺栓组联接得结构设计螺栓组联接结构设计得主要目得，在于合理地确定联接接合面得几何形状与螺栓得布置形式，力求各螺栓与联接接合面间受力均匀，便于加工与装配。
为此，设计时应综合考虑以下几方面得问题：1）联接接合面得几何形状通常都设计成轴对称得简单几何形状，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，使螺栓组得对称中心与联接接合面得形心重合，从而保证接合面受力比较均匀。
2）螺栓得布置应使各螺栓得受力合理。
对于铰制孔用螺栓联接，不要在平行于工作载荷得方向上成排地布置八个以上得螺栓，以免载荷分布过于不均。
当螺栓联接承受弯矩或转矩时，应使螺栓得位置适当靠近联接接合面得边缘，以减小螺栓得受力（下图）。
如果同时承受轴向载荷与较大得横向载荷时，应采用销，套筒，键等抗剪零件来承受横向载荷，以减小螺栓得预紧力及其结构尺寸。
接合面受弯矩或转矩时螺栓得布置3）螺栓排列应有合理得间距，边距。
布置螺栓时，各螺栓轴线间以及螺栓轴线与机体壁间得最小距离，应根据扳手所需活动空间得大小来决定。
扳手空间得尺寸（下图）可查阅有关标准。
对于压力容器等紧密性要求较高得重要联接，螺栓得间距t0不得大于下表所推荐得数值。
扳手空间尺寸螺栓间距t0注：表中d为螺纹公称直径。
4）分布在同一圆周上得螺栓数目，应取成4，6，8等偶数，以便在圆周上钻孔时得分度与画线。
同一螺栓组中螺栓得材料，直径与长度均应相同。
5）避免螺栓承受附加得弯曲载荷。
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，螺母与螺栓头部得支承面平整，并与螺栓轴线相垂直。
螺栓组受力分析与计算..
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）
r1＝r2＝…＝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FΣ的汽缸盖螺栓组联接。FΣ的作用线与螺 栓轴线平行，并通过螺栓组的对称中心O。计算时，认为各螺栓平均受 载，则每个螺栓所受的轴向工作载荷为
图：受轴向载荷的螺栓组联接
螺栓组受力分析与计算
1． 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。
1. 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，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。
螺栓组受力分析与计算
螺栓组受力分析与计算一．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．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。
1. 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，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。
扳手空间尺寸螺栓间距t0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。
螺栓组连接的设计与受力分析
第十四章 第三节 螺栓组联接的设计与受力分析鼠标双击自动滚屏工程中螺栓皆成组使用，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。
螺栓组联接设计的顺序——选布局、定数目、力分析、设计尺寸一、结构设计原则1、布局要尽量对称分布，栓组中心与联接结合面形心重合（有利于分度、划线、钻孔），以受力均匀2、受剪螺栓组（铰制孔螺栓联接）时，不要在外载作用方向布置8个以上，螺栓要使其受力均匀，以免受力太不均匀，但弯扭作用螺栓组，要适当靠接缝边缘布局，否则受力太不均3、合理间距，适当边距，以利用扳手装拆4、避免偏心载荷作用a）被联接件支承面不平突起b）表面与孔不垂直c）钩头螺栓联接防偏载措施：a）凸合；b）凹坑（鱼眼坑）；c）斜垫片二、螺栓组联接受力分析目的：——求受力最大载荷的螺栓前提（假设）：①被联接件为刚性不变形，只有地基变形。
②各螺栓材料、尺寸、拧紧力均相同③受力后材料变形在弹性范围内④接合面形心与螺栓组形心重合，受力后其接缝面仍保持平面1、受横向载荷的螺栓组联接特点：普通螺栓，铰制孔用螺栓皆可用，外载垂直于螺栓轴线普 通 螺 栓 ——受拉伸作用铰制孔螺栓——受横向载荷剪切、挤压作用。
单个螺栓所承受的横向载荷相等靠摩擦传力靠剪切传力2、受横向扭矩螺栓组联接❖靠底板间摩擦传力由静平衡条件∴联接件不产生相对滑动的条件为：则各个螺栓所需的预紧力为❖靠螺杆受剪切传力由底板平衡条件可知由变形协调条件可知，各个螺栓的变形量和受力大小与其中心到接合面形心的距离成正比则螺栓所受的最大工作剪力为：3、受轴向载荷螺栓组联接单个螺栓工作载荷为：F=P/ZP——轴向外载Z——螺栓个数四川机电职业技术学院机械工程系 四川省攀枝花市 （0812）6251577。
螺栓组受力分析与计算
螺栓组受力分析与计算一．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．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。
1. 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，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。
扳手空间尺寸螺栓间距t0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。
螺栓组的受力分析
5）导程S——同一条螺旋线相邻两牙的轴向距离；
单线：S=t
d2
双线：S=2t
多线：S=nt
n——头数；
右旋
6）升角：螺旋线与水平线夹角；
S t
tg S d2
7）牙型角 牙型斜角
8）牙的工作高度h
S
d2
二、各种螺纹的特点、应用
自锁条件：升角<v（摩擦角）； 牙型斜角越小越不容易加工。
b只受预紧力214dqp???31116dt???紧螺栓联接装配时螺母需要拧紧在拧紧力矩作用下螺栓除受预紧力qp的拉伸而产生拉伸应力外还受螺纹摩擦力矩t1的扭转而产生扭转剪应力使螺栓处于拉伸与扭转的复合应力状态下
第四章 螺纹零件
一、概述
1、作用
联接：起联接作用的螺纹; 传动：起传动作用的螺纹;
2、螺纹的形成 刀具——做直线运动； 工件——做旋转运动； 螺纹线：转动与直线运动；
rz
ks T
z
f ri
i 1
式中：f——结合面的摩擦系数；
ri——第i个螺栓的轴线到螺栓组 对称中心O的距离；
z——螺栓数目；
ks——防滑系数，同前。
机架 地基
T
r4 r1
rr32
Qpf
Qpf
松配
T
r4 r1
rr23
Qpf
Qpf
紧配
b)紧配 当采用紧配螺栓时，在转矩T的作用下，各螺栓受到剪切和挤压
习题： 一、选择题
第四章 螺纹零件
1、在常用的螺旋传动中，传动效率最高的螺纹是 4 。
（1）三角形螺纹；（2）梯形螺纹；（3）锯齿形螺纹；（4）矩 形螺纹；
2、在常用的螺纹联接中，自锁性最好的螺纹是 1 。
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
机械设计基础-5.6螺栓组联接的设计
第六节螺栓组联接的设计第五节讲的是单个螺栓联接中，螺栓的强度问题，主要是螺栓杆的强度。
其中载荷是单个螺栓受到的轴向力或横向力。
实际中，螺栓联接往往是成组使用，而成组使用的螺栓联接（螺栓组）中，各个螺栓的受力往往是不一样的。
这就需要进行受力分析。
主要任务是：分析找出其中受力最大的螺栓及其所受的工作载荷。
（即F），（最终按此最大载荷计算螺栓强度）。
螺纹联接设计包括结构设计和参数设计。
一、螺栓组联接的结构设计1、联接接合面的几何形状应与机器的结构形状相适应。
一般都设计成轴对称的简单几何形状(图所示)，便于加工制造，且使联接的接合面受力比较均匀。
2、螺栓的数目应取为易于分度的数目(如3、4、6、8、12等)，以利于划线钻孔。
同一组螺栓的材料直径和长度应尽量相同，以简化结构和便于装配。
3、应有合理的钉距、边距和足够的板手空间。
4、被联接件上的支承面应做成凸台或沉头座，以免引起偏心载荷而削弱螺栓的强度。
二、螺栓组联接的受力分析 注意：螺栓组设计中：⎪⎩⎪⎨⎧。
的个数应便于等分圆周例如：圆周上均布螺栓③各螺栓应均匀布置。
一样）。
样（②各螺栓的预紧力均一性能等级应均取一致。
①各螺栓的尺寸规格、‘F 分析中假设：⎪⎩⎪⎨⎧围之内③螺栓的变形在弹性范②各螺栓的刚度相同变形①被联接件是刚体，不 1、 受横向力的螺栓组当采用普通螺栓联接时（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（图b ），靠螺杆受剪切和挤压来抵抗横向载荷。
普通螺栓（受拉）按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：各螺栓联接接合面的摩擦力相等并集中在螺栓中心处，则根据板的平衡条件得： ∑⋅≥⋅⋅⋅F k Z i F f s 0 ⇒所需预紧力 Zi f F k F s ⋅⋅⋅≥∑式中：f ——接合面的摩擦系数，见教材。
i —－接合面的数目 Z —－螺栓数s k —－可靠性系数，考虑摩擦力不稳定性铰制孔用螺栓（受剪）靠螺栓受剪切和螺栓与孔壁相互挤压传递载荷。
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。
螺栓组受力分析与计算
螺栓组受力分析与计算一．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.检查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。
1.螺栓组联接的结构设计螺栓组连接结构设计的主要目的是合理确定连接接合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求螺栓与连接接合面的应力均匀，便于加工装配。
因此，设计中应综合考虑以下几个方面：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）螺栓的布置应使每个螺栓的应力合理。
铰孔螺栓连接时，与工作载荷平行的螺栓排数不得超过八个，以免载荷分布不均。
当螺栓连接承受弯矩或扭矩时，螺栓的位置应适当靠近连接接合面边缘，以减小螺栓的应力（如下图所示）。
如果同时承受轴向载荷和较大的横向载荷，则应使用销、套筒和键等剪切件来承受横向载荷，以减小螺栓的预紧力及其结构尺寸。
接合面受弯矩或转矩时螺栓的布置3）螺栓的布置应具有合理的间距和边缘距离。
布置螺栓时，应根据扳手所需活动空间的大小确定螺栓轴之间以及螺栓轴与车身壁之间的最小距离。
扳手空间的大小参见相关标准（如下图所示）。
对于具有高密封性要求的重要连接件，如压力容器，螺栓间距t0不得大于下表中建议的值。
扳手空间尺寸螺栓间距t0注：表中d为螺纹公称直径。
4）分布在同一圆周上的螺栓数量应取偶数，如4、6和8，以便在圆周上钻孔时进行索引和画线。
同一螺栓组中的螺栓材料、直径和长度应相同。
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。
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。
机电 机械设计 之 螺栓组联接的设计
P max
底板受倾覆力矩后，在轴线 O-O 左侧，螺栓与地基的工作点分别移 至B1 和C1 ，两者作用在底板上的合力为F。 在轴线O-O 右侧，螺栓与地基的工作点分别移至B2 和C2 ，两者作用 在底板上的合力为 Fm 。 Cb 螺栓的总拉力： F2 F0 Fmax Cb Cm
提高螺纹联接强度的措施
一、螺纹联接件材料
螺纹联接件的材料与许用应力
螺纹联接件的材料与许用应力
国家标准规定了螺纹联接件的性能等级。螺栓、螺柱、螺钉的性能等级 分为10级，螺母的性能等级分为 7级。在一般用途的设计中，通常选用4.8级 左右的螺栓，在重要的或有特殊要求设计中的螺纹联接件，要选用高的性能 性能等级 等级，如在压力容器中常采用8.8级的螺栓。
B
SP
（被联接件为铸铁）
3．螺纹联接件的安全系数
螺旋传动
一、螺旋传动的类型和应用
螺旋传动1
螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动的。它主要用于 将回转运动转变为直线运动，同时传递动力。
螺旋传动常见的运动形式有：螺杆转动，螺母移动或螺母固定，螺杆 转动并移动。
螺旋传动按其用途不同，可分为以下三种类型: 传力螺旋 传导螺旋 调整螺旋
采用普通螺栓和铰制孔用螺栓组成的螺 栓组受转矩时的受力情况是不同的。
采用普通螺栓，是靠联接预紧后在接合 面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩T。
F0 fr1 F0 fr2 F0 frz KsT
F0 K ST f ri
i 1 z
采用铰制孔用螺栓，是靠螺栓的剪切和 螺栓与孔壁的挤压作用来抵抗转矩T。
螺栓组联接的设计
螺栓组联接的设计
一、螺栓组联接的结构设计 大多数机械中螺栓都是成组使用的。 在设计螺栓组联接时，关键是联接的结构设计。它是根据被联接件的结 构和联接的用途，确定螺栓数目和分布形式。 各螺栓之间的距离大小既要保证联接的可靠性又要考虑装拆方便，还应 留有足够的扳手空间。 为了便于加工制造和对称布置螺栓，保证联接结合面受力均匀，通常联 接结合面的几何形状都设计成轴对称的简单几何形状。 为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线，通常分布在同一圆周上的螺栓 数目取成4、6、8等偶数。 螺栓布置应使各螺栓的受力合理。
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Fs max Hale Waihona Puke ri 1n
2
i
3、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
4、避免偏心载荷作用 a）被联接件支承面不平突起
b）表面与孔不垂直 c）钩头螺栓联接
防偏载措施：a）凸合；b）凹坑（鱼眼坑）；c）斜垫片 二、螺栓组联接受力分析 目的： ——求受力最大载荷的螺栓 前提（假设）： ①被联接件为刚性不变形，只有地基变形。 ②各螺栓材料、尺寸、拧紧力均相同 ③受力后材料变形在弹性范围内 ④接合面形心与螺栓组形心重合，受力后其接缝面仍保持平面 1、受横向载荷的螺栓组联接
特点：普通螺栓，铰制孔用螺栓皆可用，外载垂直于螺栓轴线 普 通 螺 栓 ——受拉伸作用 铰制孔螺栓——受横向载荷剪切、挤压作用。 单个螺栓所承受的横向载荷相等
靠摩擦传力 F
K f FR f s nm
式中f s 接合面间磨擦系数 m 接合面对数 n 螺栓数目 K f 安全系数, K f 1.1 1.5
i 1 n
F'
靠螺杆受剪切传力
F r F r Fsnrn T
s1 1 s2 2 由底板平衡条件可知
由变形协调条件可知， 各个螺栓的变形量和受力大小与其中心到 接合面形心的距离成正比
Fs1 Fs 2 F sn r1 r2 rn
则螺栓所受的最大工作剪力为：
T rmax
螺栓组联接的设计与受力分析
工程中螺栓皆成组使用，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。 螺栓组联接设计的顺序——选布局、定数目、力分析、设计尺寸 一、结构设计原则 1、布局要尽量对称分布，栓组中心与联接结合面形心重合（有 利于分度、划线、钻孔），以受力均匀 2、受剪螺栓组（铰制孔螺栓联接）时，不要在外载作用方向布 置 8 个以上，螺栓要使其受力均匀，以免受力太不均匀，但弯扭作用 螺栓组，要适当靠接缝边缘布局，否则受力太不均 3、合理间距，适当边距，以利用扳手装拆
Fs 靠剪切传力
FR nm
2、受横向扭矩螺栓组联接 靠底板间摩擦传力
T 0 由静平衡条件
s 1 s 2 ∴联接件不产生相对滑动的条件为：
f F ' r f F ' r f s F ' rn T K f T
则各个螺栓所需的预紧力为
T Kf f s (r1 r2 rn ) K fT f s ri