螺栓连接的强度计算示例.doc

联接螺栓的强度计算方法连接螺栓的选用及预紧力： 已知条件：螺栓的s ＝730MPa 螺栓的拧紧力矩T=49N.m 2、拧紧力矩：为了增强螺纹连接的刚性、防松能力及防止受载螺栓的滑动，装配时需要预紧。

其拧紧扳手力矩T 用于克服螺纹副的阻力矩T1及螺母与被连接件支撑面间的摩擦力矩T2。

装配时可用力矩扳手法控制力矩。

公式：T=T1+T2=K**d 拧紧扳手力矩T=49N.m其中K 为拧紧力矩系数，为预紧力Nd 为螺纹公称直径mm 其中K 为拧紧力矩系数，为预紧力Nd 为螺纹公称直径mm 摩擦表面状态K 值 有润滑无润滑 精加工表面 0.1 0.12 一般工表面 0.13-0.15 0.18-0.21 表面氧化 0.2 0.24 镀锌 0.18 0.22 粗加工表面-0.26-0.3取K ＝0.28，则预紧力＝T/0.28*10*10-3＝17500N0F 0F 0F 0F承受预紧力螺栓的强度计算： 螺栓公称应力截面面积As （mm ）=58mm 2外螺纹小径d1=8.38mm 外螺纹中径d2=9.03mm 计算直径d3＝8.16mm螺纹原始三角形高度h=1.29mm 螺纹原始三角形根部厚度b=1.12mm紧螺栓连接装配时，螺母需要拧紧，在拧紧力矩的作用下，螺栓除受预紧力F0的拉伸而产生拉伸应力外，还受螺纹摩擦力矩T1的扭转而产生扭切应力，使螺栓处于拉伸和扭转的复合应力状态下。

螺栓的最大拉伸应力σ1(MPa)。

=17500N/58*10-6m 2=302MPa剪切应力：=0.5=151MPa根据第四强度理论，螺栓在预紧状态下的计算应力:=1.3*302=392.6MPa强度条件：=392.6730*0.8=58401sF A σ=1σ≤()2031tan 216v Td F T W dϕρτπ+== 1.31ca σσ≈[]211.34F ca dσσπ=≤预紧力的确定原则：拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限的80%。

螺栓联接的强度计算，主要是根据联接的类型、联接的装配情况(是否预紧)和受载状态等条件，确定螺栓的受力；然后按相应的强度条件计算螺栓危险截面的直径(螺纹小径)或校核其强度。

1.松螺栓联接松螺栓联接在装配时不需要把螺母拧紧，在承受工作载荷之前螺栓并不受力，所以螺栓所受到的工作拉力就是工作载荷F，故螺栓危险截面拉伸强度条件为：设计公式：——螺纹小径，mm；F——螺栓承受的轴向工作载荷，N；[σ]——松螺栓联接的许用应力，N/，许用应力及安全系数见表3-4-1。

2.紧螺栓联接紧螺栓联接有预紧力F′，按所受工作载荷的方向分为两种情况：（1）受横向工作载荷的紧螺栓联接(a)普通螺栓联接:左图为通螺栓联接，被联接件承受垂直于轴线的横向载荷。

因螺栓杆与螺栓孔间有间隙，故螺纹不直接承受横向载荷，而是预先拧紧螺栓，使被联接零件表面间产生压力，从而使被联接件接合面间产生的摩擦力来承受横向载荷。

如摩擦力之总和大于或等于横向载荷，被联接件间不会相互滑移，故可达到联接的目的。

（b)铰制孔用螺栓:承受横向载荷时，不仅可采用普通螺栓联接，也可采用铰制孔用螺栓联接。

此时，螺栓孔为铰制孔，与螺栓杆（直径处）之间为过渡配合，螺栓杆直接承受剪切，如上图所示。

在受横向载荷的铰制孔螺栓联接中，载荷是靠螺杆的剪切以及螺杆和被联接件间的挤压来传递的。

这种联接的失效形式有两种：①螺杆受剪面的塑性变形或剪断；②螺杆与被联接件中较弱者的挤压面被压溃。

故需同时验算其挤压强度和剪切强度条件:剪切强度条件:挤压强度条件:(2)受轴向工作载荷的紧螺栓联接现实生活中，螺栓所受外载荷与螺栓轴线平行的情况很多，如左图所示的汽缸盖螺栓联接，即为承受轴向外载荷的联接。

右图其受力分析图，在工作载荷作用前，螺栓只受预紧力，接合面受压力；工作时，在轴向工作载荷作用下，接合面有分离趋势，该处压力由减为，称为残余预紧力，同时也作用于螺栓，因此，螺栓所受总拉力应为轴向工作载荷与残余预紧力之和，即: = + .所以螺栓的强度校核与设计计算式分别为：注意：当轴向工作载荷在0～F之间变化时，螺栓所受的总拉力将在~之间变化。

等强度设计法计算梁的拼接接点设计型号H900x550x20x30工字钢梁高h=900mm工字钢腹板厚t w=20mm f=295f V=工字钢上翼缘宽b1=550mm工字钢上翼缘厚t f1=30mm f=265f V=工字钢下翼缘宽b2=550mm工字钢下翼缘厚t f2=30mm f=265f V=工字钢腹板高度h w=840mm截面面积A0b=49800mm2中和轴位置h1=450mm h2=450惯性矩I0x b=7234740000mm4截面抵抗矩W0x1b=16077200mm3W0x2b=16077200腹板连接板的高度h wm=680mm初定螺栓型号:M24P=190KN孔径26接触面处理方法:μ=0.45传力摩擦面个数:n=22.拼接连接计算1) 梁单侧翼缘和腹杆的净截面面积估算和相应的连接螺栓数目估算:a=14025mm2净截面面积估算:Anf1A nf2a=14025mm2A nw a=14280mm2连接螺栓估算:采用n fb1a=21.7346491224n fb2a=21.7346491224n wb a=14.19649123162)翼缘外侧拼接连接板的厚度t11=18mm22(-22x550x1000)t12=18mm22(-22x550x1000)翼缘内侧拼接连接的宽度b为:b1=265mm260b2=265mm260翼缘内侧拼接连接板厚度:t21=19.86538462mm25(-25x260x1000)t22=19.86538462mm25(-25x260x1000)腹板两侧拼接连接板的厚度,t3=13.35294118mm16(-18x190x670)3)梁的截面特性(1)梁上的螺栓孔截面惯性矩:I rR b=1321242347mm4(2)扣除螺栓孔后的净截面惯性矩:I nx b=5913497653mm4(3)梁的净截面抵抗矩:W nx b=13141105.9mm3(4)梁单侧翼缘的净截面面积A nF b=13380mm2(5)梁腹板的净截面面积A nw b=12120mm24)梁的拼接连接按等强设计法的设计内力值弯矩M n b=3482393063N*mm剪力V n b=2060400N5)校核在初开始估计的螺栓数目n fb1a=23.40789852<24ok!n fb2a=23.40789852<24ok!n wb=12.04912281<16ok!6)拼接连接板的校核(1)净截面面积的校核单侧翼缘拼接连接板的净截面面积A oF PL=20212>13380ok!腹板拼接连接板的净截面面积A oW PL=15104>12120ok!(2)拼接连接板刚性的校核拼接连接板的毛截面惯性矩I ox PL=8141877933cm4拼接连接板上的螺栓孔截面惯性矩I xR PL=1937869232cm4拼接连接板扣除螺栓孔后的净截面惯性矩I nx PL=6204008701cm4拼接连接板的净截面抵抗矩W nx PL=13144086.23>13141106ok!7)按抗震设计要求对拼接连接节点的最大承载力的校核(1)梁的全塑性弯矩M px b=4122207500N*mm(2)拼接连接节点的最大承载力的校核对弯矩梁翼缘拼接连接般的净截面抗拉最大承载力的相应最大弯矩M u1=8235652080梁翼缘连接高强度螺栓的抗剪最大承载力的相应最大弯矩M u2=9869558400梁翼缘板的边端截面抗拉最大承载力的相应最大弯矩M u3=14720400000>8.24E+09翼缘拼接连接板边端截面抗拉最大承载力的相应最大弯矩M u4=22931676000>8.24E+09M u=8235652080> 4.53E+09ok!对剪力梁腹板净截面面积的抗剪最大承载力:V u1=3288818.073梁腹板拼接连接板净截面面积的抗剪最大承载力:V u2=4098540.279>3288818腹板连接高强度螺栓的抗剪最大承载力V u3=7562880>3288818V u=3288818.073>446572.5ok!(3)螺栓孔对梁截面的削弱校核梁的毛截面面积A0=49800mm2螺栓孔的削弱面积:A R=10400mm2螺栓孔对梁截面的削弱率μr=21%<25%ok!170 155 155。

15.2.1 单个螺栓连接的强度计算螺纹连接根据载荷性质不同，其失效形式也不同：受静载荷螺栓的失效多为螺纹部分的塑性变形或螺栓被拉断；受变载荷螺栓的失效多为螺栓的疲劳断裂；对于受横向载荷的铰制孔用螺栓连接，其失效形式主要为螺栓杆剪断，栓杆或被连接件孔接触表面挤压破坏；如果螺纹精度低或连接时常装拆，很可能发生滑扣现象。

螺栓与螺母的螺纹牙及其他各部分尺寸是根据等强度原则及使用经验规定的。

采用标准件时，这些部，然后按照标准选定螺纹公称直分都不需要进行强度计算。

所以，螺栓连接的计算主要是确定螺纹小径d1径（大径）d，以及螺母和垫圈等连接零件的尺寸。

1. 受拉松螺栓连接强度计算松螺栓连接装配时不需要把螺母拧紧，在承受工作载荷前，除有关零件的自重（自重一般很小，强度计算时可略去。

）外，连接并不受力。

图15.3所示吊钩尾部的连接是其应用实例。

当螺栓承受轴向工作载荷 F (N)时，其强度条件为(15-6)（15-7）或——螺纹小径，mm；式中： d1[σ]——松连接螺栓的许用拉应力，Mpa。

见表15.6。

图15.32.受拉紧螺栓连接的强度计算根所受拉力不同，紧螺栓连接可分为只受预紧力、受预紧力和静工作拉力及受预紧力和变工作拉力三。

①只受预紧力的紧螺栓连接右图为靠摩擦传递横向力F 的受拉螺栓连接，拧紧螺母后，这时栓杆除受预紧力F`引起的拉应力σ=4 F` /π2 d1外，还受到螺纹力矩T1引起的扭转切应力：对于螺栓故螺栓或式②受预紧力和工作载荷的紧螺栓连接。

图15.5所示压力容器螺栓连接是受预紧力和轴向工作载荷的典型实例。

这种连接拧紧后螺栓受预紧力F`，工作时还受到。