螺栓组受力分析与计算

螺栓组受力分析与计算之老阳三干创作

一．

创作时间：二零二一年六月三十日

二．螺栓组联接的设计

设计步伐：

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安插形式,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.这样不单便于加工制造,而且

便于对称安插螺栓,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力均匀.

2）螺栓的安插应使各螺栓的受力合理.对铰制孔用螺栓联接,不要在平行于工作载荷的方向上成排地安插八个以上的螺栓,以免载荷分布过于不均.当螺栓联接接受弯矩或转矩时,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

接受轴向载荷和较年夜的横向载荷时,应采纳销,套筒,键等抗剪零件来接受横向载荷,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安插

3）螺栓排列应有合理的间距,边距.安插螺栓时,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年夜小来决定.扳手空间的尺寸（下图）可查阅有关标准.对压力容

器等紧密性要求较高的重要联接,螺栓的间距t0不得年夜于下表

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资料,直径和长度均应相同.

5）防止螺栓接受附加的弯曲载荷.除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.对在铸,锻件等的粗拙概况上应装置螺栓时,应制成凸台或沉头座（下图1）.当支承面为倾斜概况时,应采纳斜面垫圈（下图2）等.

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,求出受力最年夜的螺栓及其所受的力,以便进行螺栓联接的强度计算.

为了简化计算,在分析螺栓组联接的受力时,假设所有螺栓的资料,直径,长度和预紧力均相同；螺栓组的对称中心与联接接

合面的形心重合；受载后联接接合面仍坚持为平面.下面针对几种典范的受载情况,分别加以讨论.

1)．受横向载荷的螺栓组联

接

图所示为一由四个螺栓组成的受横向载荷的螺栓组联接.横向载荷的作用线与螺栓轴线垂直,并通过螺栓组的对称中心.当采纳螺栓杆与孔壁间留有间隙的普通螺栓联接时（图a）.靠联接预紧后在接合面间发生的摩擦力来抵当横向载荷；当采纳铰制孔用螺栓联接时（图b）,靠螺栓杆受剪切和挤压来抵当横向载荷.虽然两者的传力方式分歧,但计算时可近似地认为,在横向总载荷F∑的作用下,各螺栓所承当的工作载荷是均等的.因此,对铰制孔用螺栓联接,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.

对普通螺栓联接,应保证联接预紧后,接合面间所发生的最年夜摩擦力必需年夜于或即是横向载荷.

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,K.

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

被联接件接合面的概况状态摩擦系数f

钢或铸铁零件干燥的加工概况0．

有油的加工概况0．06-0．10

钢结构轧制概况,钢丝刷清理浮

锈

0．30-0．35 涂富锌漆0．35-0．40

喷砂处置0．45-0．55

钢铁对砖料,混凝土或木

材

干燥概况0．40-0．45

2)．受转矩的螺栓组联

接

如下图所示,转矩T作用在联接接合面内,在转拒T的作用下,底板将绕通过螺栓组对称中心O并与接合面相垂直的轴线转动.为了防止底板转动,可以采纳普通螺栓联接,也可以采纳铰制孔用螺栓联接.其传力方式和受横向载荷的螺栓组联接相同.

图：受转矩的螺栓组联接

采纳普通螺栓时,靠联接领紧后在接合面间发生的摩擦力矩来抵当转矩T.假设各螺栓的预紧水平相同,即各螺栓的预紧力均为Qp,则各螺栓联接处发生的摩擦力均相等,并假设此摩擦力集中作用在螺栓中心处.为阻止接合面发生相对转动,各摩擦力应与各该螺栓的轴线到

由上式可得各螺栓所需的预紧力为

【5－25】

式中：f——接合面的摩擦系数,见表；

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.

由上式求得预紧力Qp,然后按式（5－14）校核螺栓的强度.

采纳铰制孔用螺栓时,在转矩T的作用下,各螺栓受到剪切和挤压作用,各螺栓所受的横向工作剪力和各该螺栓轴线到螺栓组对称中心O的连线（即力臂r.）相垂直（图b）.为了求得各螺栓的工作剪力的年夜小,计算时假定底板为刚体,受载后接合面仍坚持为平面.则各螺栓的剪切变形量与各该螺栓轴线到螺栓组对称中心O的距离成正比.即距螺栓组对称中心O越远,螺栓的剪切变形量越年夜.如果各螺栓的剪切刚度相同,则螺栓的剪切变形量越年夜时,其所受的工作剪力也越年夜.如图b所示,用ri、rmax分别暗示第i个螺栓和受力最年夜螺栓的轴线到螺栓组对称中心O的距离；Fi、Fmax.分别暗示第i个螺栓和受力最年夜螺栓的工作剪力,则得

【5－26】

根据作用在底板上的力矩平衡的条件得