螺栓组受力
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
第15讲 螺栓组的受力分析
板书
个别记录
5分钟
引入
实例1凸缘联轴器的联接螺栓的受力分析
由实例1完成受横向载荷作用的螺栓的受力分析及强度计算条件
展示
启发
讨论
课件演示
板书
小组讨论
代表发言
互相点评
15分钟
加深
实例2：压力容器的联接螺栓的受力分析
由实例2完成受轴向载荷作用的螺栓的受力分析及强度条件。
老师
再加深
本次课标题第十五讲 螺栓组的受力分析
授课班级
上课时间
8周10月16日第1.2节
上课地点
机电（5）141
周月日第节
514
7周10月13日第5.6节
教学目的
1、熟悉螺栓组的受力分析
2、熟悉螺栓组联接的强度计算
教学目标
能力(技能)目标
知识目标
1、能求出不同载荷作用下受力最大的螺栓
2、能对螺栓组联接进行强度计算
实例3电视机柜的联接螺栓的受力分析
由实例3完成受倾覆力矩作用的螺栓的受力分析
诱导
重点讲解
板书
学生分析
老师讲解
20分钟
归纳
(知识和能力)
能力1:能确定螺栓组的受力最大的螺栓
知识点：熟悉螺栓组的受力分析
能力2:能对螺栓组进行强度计算
知识点2:熟悉螺栓组的强度计算
在教师引导下先由学生总结再由教师归纳
课件
板书
1、熟悉螺栓组的受力分析
2、通过例题讲解，熟悉螺栓组联接的强度计算
重点难点及解决方法
教学重点:受翻转力矩作用的螺栓组联接
教学难点:受翻转力矩作用的螺栓组联接
解决方法:1、认真听课，积极思考
2、疑难解答，个别辅导
典型螺栓组的受力分析及螺栓载荷计算
典型螺栓组的受力分析及螺栓载荷计算
载荷类型螺栓组的布置工作要求单个螺栓的载荷
载荷平行于螺栓组的轴线，且合力通过被联接件结合面的形心保证受载后结
合面的紧密性
各螺栓受工作载荷均等：
式中z —螺栓的个数；
F w—作用于被联接件上的外力总和
采用普通螺栓联接时，各螺栓受力 （预紧力）均等:
采用铰制孔螺栓联接时， 各螺栓受力（切向力）均等:
载荷作用在被联接件的结 合面上，且通过螺栓组的形心 在受横向载荷 后，被联接件不允 许有相对错动
-摩擦联接可靠性因子，取K f=1.1〜1.3 ;
m—结合面数；
卩一结合面间摩擦因数，见表22.1-9
K f
采用普通螺栓联接时，各螺栓的预紧力均等:
采用铰制孔螺栓时，距螺栓组形心最远的螺栓受力 最大：
载荷为作用在结合面上的 旋转力矩T 受旋转力矩后, 被联接件不能有相 对转动
螺栓组受翻转力矩 M
受载后，结合面不允
许开缝和压溃
距结合面对称轴最远的螺栓受工作载荷最大:
螺栓最小预紧力
允许螺栓最大预紧力：
结合面材料的许用挤压应力,见表22.1-10
内部资料, 请勿外传!。
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。
机械设计-螺栓组受力分析计
πD 2 P π × 300 2 × 1.5 F= = = 10602.88 N 4Z 4 × 10
F1 = 1.5F = 1.5×10602.88 = 15904.32N × 螺栓的总拉力F2 螺栓的总拉力 = F1 +F = 15904.32 +10602.88 = 26507.2N 螺栓的拉伸应力为： 螺栓的拉伸应力为：
解：每个螺栓所受得径向载荷F = R / Z = R / 2 每个螺栓所受得径向载荷 由接触面不出现间隙条件： 由接触面不出现间隙条件：
R
F1 = F0 — F×Cm /（Cb+Cm）≥0 （ 1000 — Cm /2Cm×R/2 ≥0 得R≤4000 N
某钢架用螺栓组固定在水平钢架上，螺栓组有四个普通螺栓组成， 某钢架用螺栓组固定在水平钢架上，螺栓组有四个普通螺栓组成，它们的尺寸 均相同，试问：吊架承受垂直拉力F时 受力最大的螺栓所受的载荷为多大？ 均相同，试问：吊架承受垂直拉力 时，受力最大的螺栓所受的载荷为多大？
⇒ T = FD0 Z / 2 = 13571.68 × 160 × 6 / 2 = 6514406.4 N mm
图示钢制扳手，用两个普通螺栓联接扳手接杆。扳紧力 图示钢制扳手，用两个普通螺栓联接扳手接杆。扳紧力F=200N，螺栓许用拉伸 ， 应力[σ 应力 σ]=80Mpa，联接面摩擦系数 ，联接面摩擦系数f=0.15，可靠性系数 ，可靠性系数Ks=1.2，试确定螺栓最小 ， 直径d 直径 1 形心简化， 解： 1、将外载荷向螺栓组形心简化， 、将外载荷向螺栓组形心简化 旋转力矩T=200×850 = × 旋转力矩 170000N.mm 横向载荷F 横向载荷 = 200N 2、单个螺栓所受的工作载荷 、单个螺栓所受的工作载荷
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
GB196-81 粗牙普通螺纹
d 12mm
４、校核工作 能力 防止压碎
d1 10.106mm 8.6mm
d 12mm
P max []P
p max
安全，不致 []P 0.5B 0.5 250 125MPa 压碎
1 Cm M ( ZF0 P1 ) 1.84MPa A Cm Cb W
1、降低影响螺栓疲劳强度的应力幅
细腰螺栓
空心螺栓
弹性元件
改为
软垫片密封 密封环密封
2、改善螺纹牙载荷分布不均的现象
理想状态
实际情况
受载之后
受载之后
螺纹牙实际受力
工作中 螺栓受拉伸长， 螺母受压缩短， 伸与缩的螺距变化差使紧靠支承面处第一圈受载 最大， 其余各圈（螺距P）依次递减 ， 第十圈后基本不承受载荷。 采用圈数过多的加厚螺母，不能提高联接的强度
放松＜Ｆ０ 继续被压缩＞Ｆ０
螺 栓
被 联 接 件
底边两侧所有螺栓受力之和力矩与翻转力矩Ｍ平衡
M F1 L1 Fz Lz
变形协调条件
z
Fi Fmax Li Lmax
z
Li Fi Fmax Lmax
M Fi Li Fmax
i 1 i 1
Li Fmax 2 Li Li Lmax Lmax i 1
F F z
三、受旋转力矩的螺栓组联接
1、普通螺栓联接
力矩平衡条件： F0 ri K sT
i 1
z
所需预紧力： F0
K sT ri
i 1 z
2、铰制孔用螺栓联接
变形协调条件
Fi Fmax ri rmax
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
螺栓组受倾覆力矩作用时其螺栓受力剖析
螺栓组受倾覆力矩作用时其螺栓受
力剖析
螺栓组受倾覆力矩作用时其螺栓受力剖析，是实际工程中常见的一种情况。
当螺栓组受到倾覆力矩作用时，由于螺栓组中各螺栓数量不同，力的分布也会有所不同。
因此，在分析这种情况时，我们必须考虑每个螺栓受力的情况，以确保螺栓组能够有效地承受倾覆力矩的作用，从而保证结构的安全性。
首先，我们需要确定螺栓组受到倾覆力矩作用时的受力情况。
由于倾覆力矩本质上是一个由上部和下部构成的对称力矩，因此，螺栓组中各螺栓受力的情况将受到对称性的制约。
考虑到螺栓组中各螺栓数量的不同，需要采用合理的计算方法来确定每个螺栓受力的大小。
具体而言，当螺栓组受到倾覆力矩作用时，螺栓组中各螺栓所受的力大小可以通过轴压力的分配系数来确定。
轴压力的分配系数的计算可以采用梁端弯矩的计算，即令梁端弯矩等于倾覆力矩时，求出梁端弯矩相应的轴压力分配系数。
接下来，通过将梁端弯矩的轴压力分配系数乘以螺栓组中各螺栓数量，即可求出每个螺栓受力的大小。
此外，除了计算每个螺栓受力的大小之外，我们还需要计算每个螺栓受力的方向。
由于倾覆力矩的作用，螺栓组中各螺栓受力的方向将呈现出一定的规律。
根据这种规律，可以知道，当螺栓组受到倾覆力矩作用时，螺栓组中的上部螺栓将受到一个下行力，而下部螺栓将受到一个上行力。
综上所述，当螺栓组受到倾覆力矩作用时，为了确保螺栓组能够有效地承受倾覆力矩，我们需要通过合理的计算方法来确定每个螺栓受力的大小和方向。
只有当每个螺栓受力的大小和方向均符合设计要求时，螺栓组才能有效地承受倾覆力矩的作用，从而保证结构的安全性。
机械设计-螺栓组受力分析计
F = Q / 4 = 16000 / 4 = 4000 N
解：由接合面的摩擦条件得： 由接合面的摩擦条件得：
f ⋅ F1 ⋅ Z ⋅ i ≥ K S ⋅ R ⇒ F1 ≥ K S ⋅ R 1.2 × 5000 = = 10000 N f ⋅ Z ⋅ i 0.15 × 4 × 1
σ=
4 ×1.3F2 ≤ [σ ] 2 πd1 4 × 1.3 × F2
⇒ d1 ≥
π [σ ]
4 ×1.3 ×14000 = = 8.51mm π × 320
悬挂的板材用两个普通螺栓与顶板联接。如果每个螺栓与被联接件刚度相等， 悬挂的板材用两个普通螺栓与顶板联接。如果每个螺栓与被联接件刚度相等， 即C1 = C2，每个螺栓的预紧力为 ，每个螺栓的预紧力为1000N，当轴承受载时要求轴承座与顶板接合面 ， 间不出现间隙，则轴承上能承受的极限垂直径向载荷R是多少 是多少？。 间不出现间隙，则轴承上能承受的极限垂直径向载荷 是多少？。
σ=
4 × .1.3F2 ≤ [σ ] πd12 4 × 1.3F2
P
⇒ d1 ≥
π [σ ]
=
4 × 1.3 × 2500 = 7.69mm π × 70
螺栓的小径d1=8.376>7.69 ∵M10螺栓的小径 螺栓的小径 的螺栓。 ∴ 选M10的螺栓。 的螺栓
某容器内装有毒气体， 某容器内装有毒气体，P=1.5N/mm2，D=300mm，容器盖周围均布 个M20的 ，容器盖周围均布10个 的 螺栓（ 为防止泄漏， 螺栓（d1=17.835mm)为防止泄漏，取残余预紧力 为防止泄漏 取残余预紧力F1=1.5F，螺栓杆的许用应力 ， [σ]=160Mpa，试问该螺栓组的设计是否安全？ ，试问该螺栓组的设计是否安全？ 解：每个螺栓受的轴向载荷为
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。
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S 1 .5
表５－１0
S [] 200MPa S
４、校核 Ｍ１６螺栓
[] 200MPa
d1 13.835mm
查．．．手册
4 1.3F0 579MPa 2 d 1
５、改用铰制 孔螺栓 校核剪切强度
[ ]
Ｍ１６螺栓， d0=17mm, l=9mm 2 2 Ac d 0 227mm 4
受力最大的螺栓所受的工作剪力
Fmax
Trmax
r
i 1
z
2
i
四、受翻转力矩的螺栓组联接
翻转力矩 M 通过 x-x 轴并垂直于联接结合面的 对称平面
预紧力作用： F
0
螺栓受拉，被联接件 受压 螺栓的拉力和被联接 件压力相同
M作用后：
Ｏ－Ｏ 左侧
螺栓 继续拉长＞Ｆ０ 放松＜Ｆ０ 被联接件
Ｏ－Ｏ 右侧
z
受力最大的螺 栓所受的工作 拉力：
Fmax MLmax
i 1
L2 i
z
螺栓的总拉力为： F F 2 0
1.3F2 ca [ ] 2 d1 4
Cb Fmax Cb Cm
1.3F2 d1 [] 4
对被联接件：
防止压碎 P max P P max []P
内斜与环槽螺母： 内斜与环槽螺母结合—强度增加40%
3. 减小应力集中的影响
减小应力集中影响可以在螺栓上的螺纹、螺 栓头和螺栓杆的过渡处以及螺栓横截面突变处等 应力集中较大处卸荷结构来达到。
为了避免螺纹联接产生附加弯曲应力，可以采 取球面垫圈等措施来达到；同时应对螺母、螺栓头 部和被联接件的支承面加工要求。提高装配精度。
3
FL 2a
Fmax=F1=F3=
F F FL 3L 1 3 2 a 3 2 a
2
2
2
FL 3a
F 3 F 3 F 3
FL 3a
Fl 3a
Fmax=F2=
F FL F L L F FL cos150 1 3 2 3 3a 3 a a 3 3a
解： 计算项目 １、受力分析
横向载荷
旋转力矩
计算内容
计算结果
P 16KN
T 6800KNmm
P 16KN
T 6800KNmm
P V 4 KN 4
Fmax Tr1 r12 r22 r32 r42
Ｐ作用下单个 螺栓受力
Ｔ作用下单个 螺栓受力 螺栓承受最大 载荷（２、３ 螺栓）
P1
P2 P
M1 M2
P1 P2
分析：设计螺栓组联接包括螺栓组的类型、结构 设计（布置形式、个数）和尺寸设计。承受翻转 力矩、横向载荷和轴向载荷的螺栓组。 解：
计算项目 计算内容 计算结果
１、结构设计 普通螺栓、图示结构，螺 栓个数为Ｚ＝４，对称布 置 ２、受力分析 轴向力（水平 P P sin 3677N 向右） 1
球面垫圈
腰环螺栓
4、采用合理的加工工艺 冷镦螺栓头部、滚压螺纹
例１、图示4个5.6 级M16的普通螺栓 固定在型号为25b 的标准槽钢上，结 合面摩擦系数为μ ＝0.4，所受载荷为 Ｐ＝16KN 求：联接是否可靠？ 分析：载荷Ｐ简化到螺栓组几何形心，普通螺栓 联接受横向载荷和旋转力矩作用，失效形式为螺 栓被拉断或者发生滑移
2
载荷类型
强度条件
4F
松螺栓连接 仅受预紧力
静 载 荷
d12
[ ]
ca
紧 螺 栓 连 接
1.3F0 [ ] 2 d1 4
普通
横向 载荷 铰制孔
K F F0 S m
m
ca
1.3F0 [ ] 2 d1 4
F d 0 min [ ] p
F d
F1
1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100
N
F2
F
F1
60°
F0
30° 45°
45°
F F2 变形
例4 一钢板采用三个铰制孔螺栓联接,下列三个 方案哪个最好?
FL 2a
F 3
F 3
F 3 FL 2a
Fmax=F3=
FL 2a
+
F 3
F 3
FL 2a
F 3 F
均载螺母
悬置螺母：强度增加40%（螺母也受拉，与螺栓 变形协调，使载荷分布均匀）
环槽螺母：强度增加30%（螺母接近支承面 处受拉）
悬置螺母和环槽螺母都是全部或局部改变螺 母旋合部分的变形性质，使之和螺栓变形性质相 同，均为拉伸变形，从而使螺纹牙上载荷分布趋 于均匀。
内斜螺母：强度增加20%，接触圈减少，载荷上 移
防止出现间隙
zF0 P A
P min P P max 0
Cm 1 P max ( M ) W Cm Cb
Cm C m Cb
地基的相对刚度
Cm 1 Cm Cb
刚性大的地基、螺栓刚度较小
P max M W
则：
P max
zF0 M []P A W
V 4 KN
17.7 KN Fmax 17.7 KN
F max 21KN
F max 21KN
余弦定理
２、求预紧力
F max K S F0 m m 1, 0.4, K S 1.2 F0 63KN
查教材……页
F0 63KN
３、求许用应 力
５.６级
F F z
三、受旋转力矩的螺栓组联接
1、普通螺栓联接
力矩平衡条件： F0 ri K sT
i 1
z
所需预紧力： F0
K sT ri
i 1 z
2、铰制孔用螺栓联接
变形协调条件
Fi Fmax ri rmax
力矩平衡条件：
z z
Fi Fmax
ri
ri rmax
Fmax z 2 T Fi ri Fmax ri ri rmax rmax i 1 i 1 i 1
F max 92.5MPa AC
不安全
S [ ] 120MPa S
查．．手册
[ ]
安全
校核挤压强 度
Ap d0l 153mm2
F max P 137.3MPa AP
槽钢Ｑ２３５
[]P 192MPa
查．．手册
P [ P ]
安全
例２、已知：P=4800N, h=340mm, α =50°， b=150mm。 求：设计此螺栓组联接
GB196-81 粗牙普通螺纹
d 12mm
４、校核工作 能力 防止压碎
d1 10.106mm 8.6mm
d 12mm
P max []P
p max
安全，不致 []P 0.5B 0.5 250 125MPa 压碎
1 Cm M ( ZF0 P1 ) 1.84MPa A Cm Cb W
Z 4
P1 3677N
横向力（垂直 向下）
P2 P cos 3085N
P2 3085N
翻转力矩（顺时 M P 160 P2 150 10510Nmm M 1051070Nmm 1 针） P1作用下各螺 栓受力 Ｍ作用下螺栓 受力
F单
Fmax
P 1 919N Z
1、降低影响螺栓疲劳强度的应力幅
细腰螺栓
空心螺栓
弹性元件
改为
软垫片密封 密封环密封
2、改善螺纹牙载荷分布不均的现象
理想状态
实际情况
受载之后
受载之后
螺纹牙实际受力
工作中 螺栓受拉伸长， 螺母受压缩短， 伸与缩的螺距变化差使紧靠支承面处第一圈受载 最大， 其余各圈（螺距P）依次递减 ， 第十圈后基本不承受载荷。 采用圈数过多的加厚螺母，不能提高联接的强度
第五章 螺纹联接
单个螺栓受力： F F
z
二、受横向载荷的螺栓组
2 容器：P p d 4
横向载荷F∑的作用线与螺栓轴线垂直并通过螺栓 组的几何对称中心，每个螺栓的受力相同
1. 普通螺栓联接
F0 zm K s F
K s F F0 zm
2、铰制孔螺栓联接
每个螺栓所受工作剪力：
KS 1.2
F0 6520
螺栓受的总 拉力 ３、确定螺 栓直径
Cb F2 F0 F 7079N Cb C m
F0 6520
F2 7079N
选材Q235，4.6级
S 240MPa
S 1 .5 [ ] 160MPa
表５－１０
[] 160MPa
4 1.3F2 d1 8.6mm []
防止泄露 预紧力是否 合适
p min 0 p min 1 Cm M ( ZF0 P1 ) 0.72MPa A C m Cb W
安全，不会 出现间隙 满足要求
F0 (0.6 ~ 0.7) S A1 0.6 S A1 0.6 240 80.214 11550.8 N
工作压力/MPa
≤1.6
>1.6-4
>4-10
>10-16 >16-20 >20-30
t0 / m m
7d
5.5d
4.5d
4d
3.5d
3d
Cb F2 F F1 F0 F Cb Cm
a