螺栓的设计与计算

§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。

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。

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)-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。

(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。

§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。