螺栓的设计与计算
螺栓的设计与计算
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。
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
地脚螺栓设计计算
地脚螺栓设计计算地脚螺栓是一种常见的机械连接件，用于连接水泥地面和钢筋混凝土地面。
它的主要功能是传递水平和垂直力，以保证建筑物的稳定性和安全性。
在设计地脚螺栓时，需要考虑许多因素，如力、尺寸、材料等。
本文将详细介绍地脚螺栓的设计计算方法。
首先，我们需要了解地脚螺栓的作用力和安装要求。
地脚螺栓承受的主要力是水平力，例如来自地面人员和设备的重量。
根据建筑物的类型和用途，地脚螺栓需要承受不同的水平力。
例如，重型机械设备的重量可能产生巨大的水平力，因此需要使用具有较高强度的地脚螺栓。
此外，地脚螺栓还需要考虑风荷载和震动等因素，以保证其安装的稳定性和安全性。
在确定地脚螺栓的尺寸时，需要考虑连接面积、力矩和安装要求等因素。
连接面积是指地脚螺栓与地面之间的接触面积，它决定了地脚螺栓承受的力矩。
力矩是指地脚螺栓在承受力时产生的旋转力矩，它会导致地脚螺栓的变形和损坏。
因此，在设计地脚螺栓时，需要根据连接面积和力矩计算出合适的尺寸，以确保其安装的稳定性和安全性。
在选择地脚螺栓的材料时，需要综合考虑其机械性能、经济性和环保性。
例如，常用的地脚螺栓材料包括不锈钢、青铜和黄铜等。
这些材料具有较好的机械性能，可以承受较大的力矩，并且具有良好的耐腐蚀性能，适用于各种环境条件下的连接。
在考虑环保性时，需要注意生产过程中对环境的污染，以减少对环境的负面影响。
在计算地脚螺栓的受力时，需要考虑各种力对地脚螺栓的影响。
例如，在承受水平力时，需要考虑地面反作用力对地脚螺栓的影响，以确保其具有足够的强度。
此外，还需要考虑风荷载和震动等因素对地脚螺栓的影响，以保证其安装的稳定性和安全性。
总之，地脚螺栓的设计计算是一个复杂的过程，需要考虑多方面的因素。
在设计过程中，需要确保地脚螺栓具有足够的机械性能、经济性和环保性，以确保其在使用过程中具有足够的稳定性和安全性。
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。
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。
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
螺栓重量计算公式
螺栓重量计算公式
螺栓在工程建设中有着广泛的使用，它能够有效地将橡胶、塑料、金属等金属材料固定在一起，是工程设计中不可缺少的部分。
在实际应用中，确定螺栓使用量时，除了考虑螺栓尺寸和数量外，还要考虑它的重量。
螺栓要达到最佳的承重效果，可以通过计算螺栓重量来确定。
螺栓重量计算公式可以帮助我们计算出实际使用的螺栓重量。
公式为：螺栓重量＝螺纹长度×螺栓直径×螺栓平均直径×螺栓密度。
其中，螺纹长度是指螺栓的螺纹部分的长度，单位是毫米；螺栓直径是指螺栓的实际直径，取决于螺栓的大小，单位也是毫米；螺栓平均直径是指螺栓的折合直径，取决于螺栓的形状，其单位为毫米；螺栓密度是指钢螺栓的密度，单位是千克每立方米，其值与螺栓材料有关。
经过上面公式计算出来的重量中，其中一部分是螺栓自身的重量，另一部分是螺栓引起的螺纹面积和螺栓折合部分之间的变形重量。
螺栓引起的变形重量是螺栓在固定过程中引起的，所以是必不可少的一部分。
在计算螺栓重量时，要注意计算时使用的螺栓尺寸和螺栓的材料，这些信息将影响计算出的结果。
一般情况下，计算结果会有一定的误差，不过在实际使用中还是有较好的参考意义。
此外，在计算过程中，要考虑到螺栓承载重量，实际情况是螺栓承受的重量要大于螺栓实际重量的2倍以上，所以在使用螺栓时，一
定要按照此要求来选择螺栓的尺寸和数量，才能保证工程的稳定性。
螺栓重量计算公式是一种有效的计算方法，可以有效帮助我们确定螺栓的实际使用量，保证工程的稳定性。
在实际应用中，我们应该动态地根据具体情况，灵活掌握并应用螺栓重量计算公式，从而改善工程设计建设的质量。
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。
化学螺栓抗拉力设计值计算
化学螺栓抗拉力设计值计算
1.材料选择：
选择合适的螺栓材料是计算抗拉力设计值的第一步。
常用的螺栓材料
有碳钢、合金钢、不锈钢等。
选择材料时需要考虑以下几个因素：-抗拉强度：材料的抗拉强度是指材料在拉伸状态下抵抗破坏的能力。
不同材料的抗拉强度有所不同，可以通过查阅相关标准或手册获取。
-腐蚀性：螺栓在化学环境中可能会遇到腐蚀的问题，因此需要选择
耐腐蚀的材料，如不锈钢。
2.抗拉力设计值计算：
设计值的计算取决于螺栓的材料、螺栓直径、螺栓形式（如普通螺纹、细牙、粗牙等）以及受力状态（是否受到预紧力等）。
以下是一种常见的
计算方法：
设计值=材料的抗拉强度×断面面积
螺栓的断面面积可以根据其直径计算得出，常见的计算公式有以下两种：
-标准螺栓（普通螺纹）的断面面积：
A=π*d^2/4
其中，A为断面面积，d为螺栓直径。
-细牙螺栓的断面面积：
A=π*(d-0.6495*p)^2/4
其中，A为断面面积，d为螺栓直径，p为螺纹半径。
螺栓的抗拉力设计值计算通常还需要考虑一些修正因素，如螺栓的边缘距离、弯曲、材料含碳量等因素。
这些修正因素可以从相关的标准或手册中获取，以确保计算的准确性。
总之，化学螺栓的抗拉力设计值计算需要根据材料的抗拉强度和断面面积进行计算，并考虑一些修正因素。
通过正确计算设计值，可以确保化学设备在使用过程中的安全性和可靠性。
普通螺栓和高强度螺栓计算
普通螺栓和高强度螺栓计算螺栓是机械工程中常用的紧固件，分为普通螺栓和高强度螺栓。
本文将分别介绍普通螺栓和高强度螺栓的计算方法及应用。
一、普通螺栓的计算与应用普通螺栓是一种由螺杆和螺母组成的紧固件。
在结构设计中，普通螺栓主要用于连接板材、钢构件和混凝土等部件。
普通螺栓的特点是具有一定的强度、刚度和可拆卸性。
1.螺栓的强度计算普通螺栓的强度计算主要考虑以下几个方面：剪切强度、拉伸强度和附加强度。
（1）剪切强度：螺栓受到的剪切力通过螺栓的剪切面传递，其强度计算公式为：Shear strength = Φ A s F v /γ m2其中，Φ是调整系数，一般取0.85；As是剪切面积；Fv是剪切强度；γm2是部分安全系数。
（2）拉伸强度：螺栓受到的拉力通过螺栓的拉伸面传递，其强度计算公式为：Tensile strength = Φ A s F u /γ m1其中，Fu是螺栓的抗拉强度。
（3）附加强度：螺栓可能受到的附加载荷，如振动载荷、冲击载荷等，通过附加强度考虑，一般采用安全余量法。
2.螺栓的刚度计算螺栓连接的刚度对于结构体的整体刚度具有重要影响。
在螺栓的刚度计算中，主要考虑螺栓的弹性变形。
螺栓的刚度计算公式为：k=(ks+kb)/n其中，n是螺栓剪切面的个数，ks是螺栓剪切刚度，kb是螺母的刚度。
3.螺栓的应用普通螺栓广泛应用于建筑、机械工程等领域。
在建筑中，普通螺栓常用于连接钢构件和混凝土构件。
在机械工程中，普通螺栓常用于连接各种机械部件，如轴承、传动装置等。
二、高强度螺栓的计算与应用高强度螺栓是一种具有更高强度和抗疲劳性能的紧固件，通常用于对紧固连接有更高要求的地方，如大型机械设备、桥梁等。
1.螺栓的强度计算与普通螺栓不同，高强度螺栓的强度计算需要考虑预紧力的影响。
（1）剪切强度：高强度螺栓的剪切强度计算与普通螺栓相似，但需要将预紧力考虑在内。
（2）拉伸强度：高强度螺栓的拉伸强度也需要考虑预紧力，其计算公式为：Tensile strength = (A s F pk)/(γ m1 + γ m2)其中，F pk是螺栓的预紧力。
螺栓设计计算公式
普通螺栓抗剪连接
N/2
N
N/2
破坏形式
（1）螺栓杆被剪坏 N 栓杆较细而板件较厚时 （2）孔壁的挤压破坏 栓杆较粗而板件较薄时 （3）板件被拉断 N 截面削弱过多时 以上破坏形式予以计算解决。
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
这 两 种 破 坏 构 造 解 决
当l1 60d 0时： 0.7
N n b N min
2、普通螺栓群偏心力作用下抗剪计算 e F F
1
N1F
y
1 N 1Tx
F T
r1
N1T
x
N1Ty
T
N1 F F n
★F作用下每个螺栓受力：
N1Tx T y1
x y
i 1 2 i i 1
n
n
2 i
N1Ty
T x1
承压型高强度螺栓—受力特征与普通螺栓类似。
摩擦型高强度螺栓抗剪连接单栓承载力
N 0.9n f P
b v
(3 63)
式中：0.9—抗力分项系数γR的倒 数(γR=1.111); nf—传力摩擦面数目; μ--摩擦面抗滑移系数; P—预拉力设计值.
承压型高强度螺栓抗剪连接单栓抗剪承载力
nv—剪切面数目； d—螺栓杆直径； fvb、fcb—螺栓抗剪和承压强度设计值； ∑t—连接接头一侧承压构件总厚度的较小值。
普通螺栓群抗剪连接计算
1、普通螺栓群轴心力作用下抗剪计算
N
l1
N/2 N/2
当l1 15d 0时： 1
l1 当 15d 0 l1 60d 0时： 1.1 150d 0
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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螺栓长度的计算公式
螺栓长度的计算公式螺栓是一种常见的连接元件，广泛应用于机械制造、建筑工程等领域。
在设计和使用螺栓时，准确计算螺栓长度是非常重要的。
螺栓长度的计算公式如下：螺栓长度 = 螺母高度 + 松动量 + 螺栓穿透深度我们来了解一下螺母高度。
螺母是螺栓连接中的一部分，用于固定螺栓。
螺母的高度通常取决于其规格，例如M12的螺母高度为10mm。
因此，在计算螺栓长度时，我们需要考虑螺母的高度。
松动量也是计算螺栓长度的重要参数。
松动量指的是在正常使用过程中，螺栓由于振动或应力松动的程度。
为了确保连接的可靠性，我们需要在计算螺栓长度时考虑松动量。
螺栓穿透深度也是计算螺栓长度时需要考虑的因素。
螺栓穿透深度指的是螺栓在连接过程中穿过被连接物体的深度。
根据实际情况，我们需要根据螺栓穿透深度来计算螺栓长度。
螺栓长度的计算公式包括螺母高度、松动量和螺栓穿透深度。
在实际应用中，我们可以根据具体情况来确定这些参数的数值。
例如，如果我们要连接两个厚度为10mm的金属板，选择了M12的螺栓和螺母，那么我们可以通过查阅相关规格表得到螺母高度为10mm。
在考虑松动量时，我们可以根据设备的振动频率和应力程度来选择合适的数值。
螺栓穿透深度则需要根据被连接物体的具体情况来确定。
需要注意的是，螺栓长度的计算公式只是一种理论计算方法，实际应用中还需要考虑其他因素。
例如，连接的紧固力是否满足要求、螺栓的材质和强度等。
因此，在设计和使用螺栓时，我们应该综合考虑多种因素，确保连接的安全可靠。
螺栓长度的计算公式是设计和使用螺栓时必须掌握的重要知识之一。
通过合理计算螺栓长度，可以确保连接的牢固性和可靠性，提高设备的使用寿命和安全性。
同时，我们还需要综合考虑其他因素，以确保螺栓连接的整体性能。
通过不断学习和实践，我们可以更好地掌握螺栓长度的计算方法，为实际工作提供准确的技术支持。
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。
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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。
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。
n 仅仅5 –10% 我们所施加的扭矩转化为了我们所需要的预紧力。
螺栓装配工艺扭矩贴紧过程屈服点弹性变形区塑性变形区拧断点扭矩－转角关系图转角屈服区螺栓拧紧曲线n 目前还没有实现通过直接控制预紧力来装配螺纹联接。
n 通过控制和预紧力相关其它参数(如扭矩, 螺栓头或螺母转角,螺栓伸长量)来达到间接控制预紧力的目的。
n 螺栓装配工艺:l 扭矩控制法l 扭矩－转角控制法l 屈服点控制法l 其他控制方法理论公式n A)凯勒尔曼-克莱恩公式,1955年发表n B)最小屈服时的最大需用应力计算公式n C)转角紧固关系公式屈服前扭矩和预紧力成线性关系转角与伸长量成正比螺纹摩擦影响因子代号标示具体意义扭矩控制法n 广泛被应用常规法,适合多数非关键部位螺纹联接l 优点操作简单，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扭矩事后易复检l 缺点受摩擦因数偏差影响大,获得预紧力离散度大螺栓材料利用率低扭矩MM sollM 1M maxM min贴紧扭矩转角开始测量最大许用转角转角ФФminФmax扭矩M预紧力Fv扭矩–预紧力关系图扭矩–转角关系图M soll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l 优点能较准确控制预紧力螺栓材料完全被利用联接的抗疲劳性能好l 缺点操作较复杂，成本高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扭矩MM 1M maxM min贴紧扭矩转角开始测量最大许用扭矩转角ФФminФmax扭矩–转角关系图转角（ｏ）预紧力(kN)扭矩(N m )屈服点控制法n螺栓拧紧过程中，监控螺栓的扭矩率。
当螺栓变形处于弹性变形阶段时，其扭矩率基本保持不变，当螺栓发生塑性变形后，其扭矩率明显下降，当扭矩率下降到一定程度（螺栓屈服）时，停止拧紧。
n理论上完美的拧紧工艺, 适合重要关键零件的紧固l优点理论上能很准确控制预紧力螺栓材料完全被利用联接的抗疲劳性能好理论上螺栓的重复使用不受限制l缺点操作较复杂，成本高需要昂贵的评测器材没有可能对实验结果进行事后复检扭矩MM1MmaxMmin 贴紧扭矩转角测量开始/扭矩率开始计算最大许用扭矩转角ФФminФmax扭矩–转角关系图停止点X％扭矩率ΔMΔФ最大许用扭矩率最大许用转角三种工艺的比较15000150006000037500最大预紧力（N)15000150001500015000最小预紧力（N)M8M8M16M12选用螺栓(8.8)夹紧长度20mm屈服点控制扭矩－转角控制扭矩控制扭矩控制拧紧工艺拧紧工具预紧力的离散度由每一批螺栓的屈服点的离散度来确定±9-17%1.2-1.4屈服点拧紧以经验来确定起始扭矩及转角±9-17%1.2-1.4转角法拧紧扭矩以估计的摩擦系数为基础来确定±23-28%1.6-1.8扭矩通过测量在拧紧过程中的装配力FM来确定±17-23%1.4-1.6扭矩法拧紧注释散差ΔF m装配系数аA拧紧工艺n装配系数аAn散差ΔFmΔFm=FMmax-F Mminn实例其它控制方法n螺栓伸长法l机械测定伸长法l超声波测定伸长n液压拉伸法螺栓在拧紧过程中被拉长n加热膨胀法n手动预紧法超声波信号的传播时间和螺栓的预紧力成正比扭矩+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l 计算螺栓预紧力l 计算拧紧扭矩和拧紧转角程序原理n计算分成两步（扭矩+转角）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。
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按拧紧方式来算螺栓伸长量＝扭矩部分的线性变形量+转角部分变形量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。
连杆螺栓校核螺栓制造工艺螺栓材料选择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，对于轻金属螺栓特别突出l对于较长紧固件在热处理后通常需要被矫直，成本增加n调质钢：本身强度已经达到螺栓最终强度的要求l没有进一步热处理的必要，不再需要矫直工序l但可塑性较差，冷墩受到限制l较高的线材本身强度，模具工作时间变长n双相微合金钢l热处理工序不再需要l长件矫直工序可以取消l制成的螺栓具有较好的机械性能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调质钢双相微合金钢铝合金螺栓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紧固件成为可能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预紧力测量传感器螺纹间摩擦力矩测量传感器螺栓头端面摩擦力矩测量传感器变速箱壳装配试验台截图螺纹联接试验台n 应用范围l 可测定与螺纹联接预紧相关的参数l 可确定螺纹联接预紧的装配标准l 可确定应用原件联接预紧的总摩擦因数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n 可确定的参数l 总摩擦力矩l 转角l 预紧力超声波预紧力测量设备n 应用范围l 通过超声波间接测量预紧力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测试螺栓被联接件测力传感器螺母替代件万能试验机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 抗弯强度不同缸盖螺栓的疲劳强度圆度仪n应用范围l紧固件和模具的形位公差测量n可测定值n形状公差：平面度、直线度、圆柱度、圆跳动、全跳动l位置公差：同轴度、垂直度、平行度螺栓头端面的平面度的测量轮廓仪n 应用范围l 可高精度测量紧固件和模具的表面形状n 可测定值l 半径l 角度l 水平和垂直间距滚丝轮表面形状的测量轮表面形状粗糙度仪n 应用范围l 可测定直面和曲面粗糙度n 可测定值l 表面粗糙度阀门推杆调节螺栓表面粗糙度的测量。