__螺纹联接习题课资料
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第五章 螺纹连接习题课解析
1.5 π 250 2 4
73630
N
（3）单个螺栓工作载荷F为
F FΣ 73630 6136N Z 12
（4）螺栓总拉力Q为
Q F1 F 1.5F F 2.5F 2.5 6136 15340N
（5）螺栓许用拉应力为
σ σS 360 120 MPa
S3
（6） 螺栓小径为
第五章 螺纹连接习题课
2011.4.13
例1．一个厚度为25mm的薄板用8个的配合 螺栓连接在较厚的机架上，螺栓分布在直 径为的圆圈上，其它尺寸如图所示（单位： mm）。已知：薄板受外力载荷，螺栓的许 用剪力应力，螺栓及板孔表面的许用挤压 应力，螺栓受剪面直径。试求：
(1) 判断螺栓组中哪个螺栓受力最大？并计算 受力的大小；
d1
4 1.3Q
4 1.315340 14.54mm
120
M18螺栓，其小径d1＝15.294>14.54，满足要求。
(2) 校核螺栓组联接的强度。
L=500 R
3 4
2
A
D0
5
A
1
6 8
7
25
15
80
解：（1 ) 判断受力最大的螺栓，并计算其受力大小 5号螺栓受力最大，其值大小为：
F R RL 1600 1600500 1200N
8 8 D0 8
8 200
2
2
(2) 校核螺栓组连接的强度 螺栓所受的最大剪应力为：
QP
KS F f
1.2 4000 0.15
3.2104 N
确定螺栓直径大小
d1
1.3QP
1
1.3 3.2 104 17.15mm
1 180
第5章螺纹联接习题
2 1
4
d12
3.14 (17.29 103 )2 160 106 F 19.26KN 4 1.3 1.5 4 1.3 1.5
d12 [ ]
解题要点： 1.单个螺栓的最大轴向工作载荷F：
2.螺栓所受总拉力F2：
3.被连接件残余预紧力F1：
4.校核螺栓疲劳强度 ：
d1 17.294mm
）。
⑴求螺栓预紧力 F0
fF0iz K s F
F0
Ks F 1.2 F 1.5F f i z 0.2 2 2
⑵螺栓承受的拉应力
综合以上两式得
[ ] 1.3F0
1.3F0
[ ]
4
d12
1.3 1.5F
4
d
F∑
F∑
F F z
螺栓数目
(5-8)
工作原理: 依靠螺栓杆受剪切和受挤压来抵抗横向载荷FΣ
1．受横向载荷的螺栓组连接
A 若采用铰制孔用螺栓连接 B 若采用普通螺栓连接
F0 F0
F∑
F0
F∑
F0
工作原理:
靠螺栓预紧后在接合面上产生摩擦力来抵抗外载荷FΣ
B 若采用普通螺栓连接
F0 F0
工作原理: 靠螺栓预紧后在接合 面上产生摩擦力来抵抗外载荷FΣ。
2 F2 a M F2 2.5F
很显然，1、3两个螺栓 所受力相等，均为最大 值，其最大值
FMAX F F2 2.522 F
2 1 2
对方案3
F1 F / 3
3 F2 a M F2 5 F 3
在图示螺栓联接中采用两个M20的普通螺栓,其许用拉应力 160MPa 联接件接合面间摩擦系数 f =0.2,防滑系数 K s 1.2
机械设计——螺纹连接
F 0~1。
静强度条件： sca1d.312F/24s
. 疲劳强度校核
二、 受剪螺栓 Shear bolts
螺纹连接的强度计算4
(承受工作剪力的紧螺栓连接)
这种连接是利用铰制孔用螺栓抗剪切来承受载荷的。螺栓杆与孔壁之间
无间隙，接触表面受挤压。在连接结合面处，螺栓杆则受剪切。
螺栓杆与孔壁的 挤压强度条件为：
1、受拉松螺栓 a、受横向工作载荷的受拉紧螺栓连接
2、受拉紧螺栓
(仅承受预紧力的紧螺栓连接)
b、受轴向工作载荷的受拉紧螺栓连接
(承受预紧力和工作拉力的紧螺栓连接)
二、受剪螺栓（铰制孔螺栓）
(承受工作剪力的紧螺栓连接)
.
一、 受拉螺栓 Tensile bolts
1. 受拉松螺栓 Loose bolts
S. haft－hub joints
二、螺纹的类型和主要参数
Types and main parameters of screw
1.螺纹的形成：
2.螺纹的分类：
a)按螺旋线方向分: 左旋、右旋
b)按螺旋线头数分: 单线、多线 c)按螺纹在母体的内外表面分: 外螺纹、内螺纹
d)按螺纹的母体分:圆柱螺纹、圆锥螺纹
轿车 飞机机翼 自行车
机床 发动机气缸
锁紧螺母 .
摩托车 化工管道 汽车轮胎
§5-2 螺纹连接的预紧和防松
Tightening and preventing unscrewing of screw joints
螺纹连接的预紧 Tightening of screw joints
螺纹连接的防松 Preventing unscrewing of screw joints
螺纹连接作业
相反。
F yD
F0 yD
F1 yD
0b
F
yD
F
yD
F2 yD
F1
yD
F1
yD
变形
作业
10-7试用受力变形线图分析说明螺栓联接所受轴向工作载荷F， 当预紧力F0一定时，改变螺栓或被联接件的刚度，对螺栓联接 的静强度和联接的紧密性有何影响？ 答：如图示，减小螺栓刚度（ C1 ）或增大被联接件的刚度（ C2 ） 螺栓的总拉力F2减小，螺栓联接的静强度提高；残余预紧力F1减 小，联接的紧密性下降。增大螺栓刚度或减小被联接件的刚度则 相反。
8.8级，试确定螺栓的直径及预紧力F0。
FR
解：s=640MPa
按不控制预紧力，设d=16mm取S=4
[]= s /S=640/4=160MPa
FQ
（按控制预紧力取S=1.2~1.5 )
[]=s/S=640/1.2~1.5=533.33~426.67 MPa）
单个螺栓的轴向工作载荷F
FFQ 160 04000N0 Z4
解：采用普通螺栓连接时
hmin
F
2
F
mfFzKf F
F 2
2 0 . 1 5 F 2 1 . 2 1 0 0 0 0 F 2 0 0 0 0
s4 8 1 03 2 0M P a
s3 2 0 2 6 6 .7 ~ 2 1 3 .3 M P a s 1 .2 :1 .5
1 4 .3 d F 1 2 266.7~213.3 d 1 (11.1446~12.46)
答：在冲击、振动或变载荷的作用下，螺旋副间的摩擦力可能减小 或瞬间消失，这种现象多次重复后，就会使连接松脱。在高温或温 度变化较大的情况下，由于螺纹连接件和被连接件的材料发生蠕变 和应力松弛，也会使连接中的预紧力和摩擦力逐渐减小，最终导致 连接失效。因此螺纹连接需要防松。
F yD
F0 yD
F1 yD
0b
F
yD
F
yD
F2 yD
F1
yD
F1
yD
变形
作业
10-7试用受力变形线图分析说明螺栓联接所受轴向工作载荷F， 当预紧力F0一定时，改变螺栓或被联接件的刚度，对螺栓联接 的静强度和联接的紧密性有何影响？ 答：如图示，减小螺栓刚度（ C1 ）或增大被联接件的刚度（ C2 ） 螺栓的总拉力F2减小，螺栓联接的静强度提高；残余预紧力F1减 小，联接的紧密性下降。增大螺栓刚度或减小被联接件的刚度则 相反。
8.8级，试确定螺栓的直径及预紧力F0。
FR
解：s=640MPa
按不控制预紧力，设d=16mm取S=4
[]= s /S=640/4=160MPa
FQ
（按控制预紧力取S=1.2~1.5 )
[]=s/S=640/1.2~1.5=533.33~426.67 MPa）
单个螺栓的轴向工作载荷F
FFQ 160 04000N0 Z4
解：采用普通螺栓连接时
hmin
F
2
F
mfFzKf F
F 2
2 0 . 1 5 F 2 1 . 2 1 0 0 0 0 F 2 0 0 0 0
s4 8 1 03 2 0M P a
s3 2 0 2 6 6 .7 ~ 2 1 3 .3 M P a s 1 .2 :1 .5
1 4 .3 d F 1 2 266.7~213.3 d 1 (11.1446~12.46)
答：在冲击、振动或变载荷的作用下，螺旋副间的摩擦力可能减小 或瞬间消失，这种现象多次重复后，就会使连接松脱。在高温或温 度变化较大的情况下，由于螺纹连接件和被连接件的材料发生蠕变 和应力松弛，也会使连接中的预紧力和摩擦力逐渐减小，最终导致 连接失效。因此螺纹连接需要防松。
螺纹连接习题课
200
1
2 O’ 4
200
所以：强度足够 3
O
例5如图所示为一刚性凸缘联轴器，它是利用6个螺栓联接，已知螺栓中心圆 直径D0=195mm，联轴器传递的扭矩T=2000N.m，联轴器材料HT200 试确定螺栓直径。（螺栓的性能等级为5.6级） 分析：两种情况 （1）对于受拉螺栓联接 （2）对于受剪螺栓联接 本题属于受旋转力矩T的螺栓组联接 解：（1）用受拉螺栓联接 每个螺栓所需的预紧力
π d12 [σ ]
4 ×1.3
M20查手册P35 ， d1＝17.294mm σS [σ ] = S Q235，取螺栓4.6级 σB＝400MPa， σS＝240MPa1
P87表5-10 部不控制预紧力，M16～M30， S＝4～2.5, σ S 240 取S＝3 = 80MPa [σ ] = = S 3
螺纹连接习题课
降低影响螺栓疲劳强度的应力幅措施
1. 减小螺栓刚度Cb （1） F0不变，工作载荷F不变 （2）保持F和F1不变，即F2＝F＋F1不变，F0要增加 2. 增加被联接件刚度Cm （1） F0和F不变 （2）F1和F不变，即F2＝F1＋F不变，F0上升 3. 同时减小Cb，增大Cm，并伴随F0的增大
（2）受翻转力矩M = Q ⋅ OO′ = 100 2 × 103 N .mm 在M的作用下，2、4受到加载的作用，1、3受到减载的作用。
M × 100 100 2 ×103 × 100 Fa1 = = = 354 N 则： 2 2 4 × 100 4 × 100
故2、4螺栓受到的轴向工作载荷为：
S 5 ψ = arctan = arctan = 4.95° = 4°57′ π d2 π ×18.376
（3）①举升重物时的效率
1
2 O’ 4
200
所以：强度足够 3
O
例5如图所示为一刚性凸缘联轴器，它是利用6个螺栓联接，已知螺栓中心圆 直径D0=195mm，联轴器传递的扭矩T=2000N.m，联轴器材料HT200 试确定螺栓直径。（螺栓的性能等级为5.6级） 分析：两种情况 （1）对于受拉螺栓联接 （2）对于受剪螺栓联接 本题属于受旋转力矩T的螺栓组联接 解：（1）用受拉螺栓联接 每个螺栓所需的预紧力
π d12 [σ ]
4 ×1.3
M20查手册P35 ， d1＝17.294mm σS [σ ] = S Q235，取螺栓4.6级 σB＝400MPa， σS＝240MPa1
P87表5-10 部不控制预紧力，M16～M30， S＝4～2.5, σ S 240 取S＝3 = 80MPa [σ ] = = S 3
螺纹连接习题课
降低影响螺栓疲劳强度的应力幅措施
1. 减小螺栓刚度Cb （1） F0不变，工作载荷F不变 （2）保持F和F1不变，即F2＝F＋F1不变，F0要增加 2. 增加被联接件刚度Cm （1） F0和F不变 （2）F1和F不变，即F2＝F1＋F不变，F0上升 3. 同时减小Cb，增大Cm，并伴随F0的增大
（2）受翻转力矩M = Q ⋅ OO′ = 100 2 × 103 N .mm 在M的作用下，2、4受到加载的作用，1、3受到减载的作用。
M × 100 100 2 ×103 × 100 Fa1 = = = 354 N 则： 2 2 4 × 100 4 × 100
故2、4螺栓受到的轴向工作载荷为：
S 5 ψ = arctan = arctan = 4.95° = 4°57′ π d2 π ×18.376
（3）①举升重物时的效率
螺纹链接习题讲课讲稿
螺纹链接习题1、螺纹按照其用途不同，一般可分为螺纹和螺纹。
2、按照螺纹牙型不同，常用的螺纹分为螺纹、螺纹、螺纹和锯齿型螺纹。
3、粗牙普通螺纹的代号用及表示。
4、细牙普通螺纹的代号用及 ×表示。
5、螺旋传动是利用来传递和（或）的一种机械传动。
6、螺旋传动可以方便地把主动件的运动转变为从动件的运动。
7、普通螺旋传动是由构件和组成的简单螺旋副实现的传动。
8、常用的螺旋传动有、和滚珠螺旋传动等。
9、螺纹代号M24中的M表示；24表示。
0、螺纹标记M20*2-7g6g中7g表示，6g表示，2表示。
41、相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离，称为螺纹的。
42、普通螺纹的牙型角为度，牙型半角为度。
43、普通螺纹的公称直径是指螺纹的。
44、锯齿形螺纹广泛应用于的传动机构。
45、连接螺纹的牙型多为形，而且多用线螺纹。
46、螺纹代号M表示_______螺纹，R c和G表示__________螺纹，T r表示_________螺纹。
47、差动螺旋传动L=N(P h1±P h2)中，“+”号表示两螺纹旋向______，“-”号表示两螺纹旋向______。
48、导程和螺距的关系，对于单线螺纹来说___________；对于双线螺纹来说是___________。
49、螺纹按旋向来分，有__________螺纹和___________螺纹两种。
50、普通螺纹的主要参数有大径、_______、小径、________、_______、牙型角和螺纹升角等7个。
51、链传动按其用途的不同，链可以分为、、和曳引起重链三种。
41、普通螺纹的牙型角是60º。
（）42、为增强连接紧密性，连接螺纹大多采用三角形螺纹。
（）43、两个相互配合的螺纹，其旋向相同。
（）44、螺纹的牙侧角就是牙型半角。
（）45、公称直径相同的粗牙普通螺纹的强度高于细牙螺纹。
（）46、滚珠螺旋传动的传动效率高，传动时运动平稳，动作灵敏。
（）47、普通螺纹的牙型特征代号为“G”。
（完整版）螺纹连接习题解答（讲解）
螺纹连接习题解答1111——1 1 一牵曳钩用一牵曳钩用2个M10的普通螺钉固定于机体上，如图所示。
已知接合面间的摩擦系数f=0.15f=0.15，，螺栓材料为Q235Q235、、强度级别为4.6级，装配时控制预紧力，试求螺栓组连接允许的最大牵引力。
解题分析：本题是螺栓组受横向载荷作用的典型例子．它是靠普通螺栓拧紧后在接合面间产生的摩擦力来传递横向外载荷F R 。
解题时，要先求出螺栓组所受的预紧力，然后，以连接的接合面不滑移作为计算准则，根据接合面的静力平衡条件反推出外载荷F R 。
解题要点：（1）求预紧力F ′：由螺栓强度级别4.6级知σS =240MPa =240MPa，查教材表，查教材表1111——5（a ），取S=1.35S=1.35，则许用拉应力：，则许用拉应力：，则许用拉应力： [ [σ]= ]= σσS /S=240/1.35 MPa=178 MPa MPa ，，查（GB196GB196——8686））M10螺纹小径d 1=8.376mm 由教材式（1111——1313））： 1.3F 1.3F′′/（πd 21/4/4））≤[σ]MPa 得：F ′=[=[σσ]πd 21/（4×1.31.3））=178 =178 ×π××π××π×8.3768.3762/5.2 N=7535 N（2）求牵引力F R ：由式（由式（111111——2525）得）得F R =F =F′′fzm/K f =7535=7535××0.150.15××2×1/1.2N=1883.8 N 1/1.2N=1883.8 N （取（取K f =1.2=1.2））1111——2 2 一刚性凸缘联轴器用一刚性凸缘联轴器用6个M10的铰制孔用螺栓（螺栓栓（螺栓 GB27 GB27 GB27——8888）连接，结构尺寸如图所示。
机械设计螺纹连接习题课
7
R使各螺栓受到横向工作载荷FSR： FSR=R/4=2500（ N ）
T也使各螺栓受到横向工作载荷FST，方向与形心连线垂直。
受拉螺栓：FST
T ri
T70(7N1) 4r
受剪螺栓：FSTTrm ri2a x 4 Tr70(7N)1
相同
受载最大的螺栓：F SF S 2R F S 2T 2F SF R ST co 1s 39 50 (N 1 ) 4
3
BIGC 解： （一）受力分析 Q
QH=Qcosθ
QH QV=Qsinθ
QV
H= Qcosθ QH
MH=H·300
V= Qsinθ QV
MV=V·400
MH H
V MV
H=4330N，V=2500N，M=MH-MV=299000N · mm
BIGC
机械设计 第11章 螺纹联接习题课
4
（二）工作条件分析
N 1000
900
800
700
600
F
500
F0
F0
F
400
F’
300
F”
200
60°
100
30° 45°
45°
F”
变形
机械设计 第11章 螺纹联接习题课
10
BIGC 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?
BIGC
机械设计 第11章 螺纹联接习题课
11
FL 2a
F 3
F 3
F 3
FMmaxM 8rrm i2 a x4(2M 02 2 01002 0)029N9 i1
c 、最大工作载荷 F ma x F V F M ma x 6.1 5 N 1 d 、螺栓总拉力 F 0 F c 1 c 1 c 2F m a5 x 7 .8 N 8 (c 1 c 4 1 c 2 0 .2 )
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解：
F?
M ? F? ? L
1）失效形式和计算准则
（1）受载最大的螺栓被拉断
Fmax
?
ca
?
1.3F2
?
4
d12
?
[?
]
M
F?
（2）接合面受载最大处被压溃
? P max
??
p??
pmax
?
zF0 A
?
M W
? [?
P]
（3）接合面受载最小处出现缝隙
? P min
??
p??
pmax
?
zF0 A
?
M W
第二篇 联 接
要点： ? ? ? ?
螺纹联接主要类型 螺纹联接的预紧和防松 单个螺栓联接的强度计算 螺栓组联接的受力分析
不同受力形式下螺栓组联接的强度计算
联接 载荷 联接 受力最大螺栓 性质 性质 类型 所受的力
强度 计算
松
螺 栓 轴向 普通
F
联 接 载荷 螺栓
F
F
?
?
?
4
d12
? [? ]
或
d1 ?
? 2? 220 ? (3.0 ? 0.1) ? 224.8 (3.0 ? 0.1)(2 ? 9.15 ? 224.8)
? 2.3 ? 1.5
满足强度条件
例7．
Fmax
M
F?
1）指出该联接的失 效形式和计算准则 2）求保证联接不滑移 所需要的预紧力F0 3）求螺栓最小直径d1
解：此螺栓联接，虽然外载荷与螺栓的轴线垂直，但没有 作用在联接结合面上，应将外载荷向联接结合面简 化，得一横向力和一倾覆力矩，是一个典型的紧螺 栓联接受横向力 F? 和倾覆力矩M共同作用的例子。应 分别按紧螺栓联接受横向力F? 和紧螺栓联接受倾覆力 矩M求出作用在螺栓上的载荷。
?
P
?
F d0lmin
? [?
]P
联接 性质
紧 螺 栓 联 接
载荷 性质
转矩 T
联接 类型
普通 螺栓 联接
受力最大螺栓 所受的力
强度 计算
F0 ?
KST
z
f ? ri
i?1
? ca
?
1.3 F 0
1 4
?
d
2 1
? [? ]
或
d1 ?
1.3? 4F0
? [? ]
铰制 孔用 螺栓 联接
Fmax
?
T ?rmax
4F
? [? ]
联接 载荷 联接 受力最大螺栓 性质 性质 类型 所受的力
强度 计算
紧
普通 螺栓
F0
?
KS F? f ?i ?z
? ca
?
1.3F 0
1 4
?
d
2 1
? [? ]
螺
联接
栓 横向
或
d1 ?
1.3? 4F0
? [? ]
联
力 FΣ
接
铰制
孔用
F ? F? z
?
?
F
? 4
d02
?
[? ]
螺栓 联接
螺栓所受总拉力 F2 ? F1 ? F ? 2.65F ? 19512 N
又因是汽缸盖联接，选螺栓材料为 45号钢，6.8级，查表
5—8， ? S ? 480 MPa
[? ] ? ? S ? 480 ? 369.2 MPa
S 1.3
d1 ?
4 ? 1.3 ? F2 ?
? [? ]
4 ? 1.3 ? 19512 ? 9.353
? ? 369.2
mm
故选M12的螺栓 d1=10.109mm>9.353mm
校核疲劳强度
? max
?
F2
?
4
d12
?
243.1
MPa
? min
?
F0
?
4
d12
?
F2 ? 0.2F
?
4
d12
?
224.8
MPa
?
a
?
? max ? ? min2?来自9.15MPa
Sca
?
2? ?1tc ? (K? ? ? ? )? min (K? ? ? ? )(2? a ? ? min )
许传递的横向工作载荷 F? 。
F
F
2
F 2
解：这是一个典型的普通螺栓联接受横向力 F?
作用的例子。
对M20的螺栓，查手册得d1=17.294mm
则由
?
ca
?
1.3F0
?
4
d12
?
[?
]
得
F0
?
?
4
d12 [?
1.3
] ?
? ? 17.294 ? 160
4 1.3
?
28911
N
由 fziF0 ? KS F?
1 4
?
d
2 1
d1 ?
1.3 ? 4F2
? [? ]
普通 ? F2
?
F0
?
Cb Cb ? Cm
Fmax
ca
螺栓 其中：
联接
Fmax
?
MLmax
z
? L2i 或
i?1
? 1 .3 F 2 ? [? ]
1 4
?
d
2 1
d1 ?
1.3? 4F2
? [? ]
例1：图示联接中采用两个M20的螺栓，其许用拉应力 [σ]=160MPa，被联接件结合面间摩擦系数f=0. 2， 若摩擦传力的可靠性系数KS=1.2，试计算该联接允
解：这是一个典型的普通螺栓联接受轴向力 F?
作用的例子。
因为螺栓间距不得大于120mm
所以 z ? ? ? 350 ? 9.16
120
取z=10 个
? ? 2502
F? ?
? p ? 0 ~ 73631 4
N
则每个螺栓所受的轴向工作拉力为
F ? F? ? 0 ~ 7363.1 N z
因为有气密性要求 F1 ?（1.5 ~ 1.8）F， 取F1 ? 1.65F
? [? ]
4 ? 1.3 ? 50000 ? 28.768 mm
? ? 100
查GB196—81，取M36的螺栓（d1=31.670mm>28.768mm）
例3．图示为一汽缸盖螺栓组联接，已知缸内的工作压 力p在0—1.5MPa之间变化，缸盖与缸体均为钢 制，其结构尺寸如图所示，为保证气密性要求 F1=（1.5~1.8）F，螺栓间距不得大于120mm， 试选择螺栓材料，并确定螺栓数目和尺寸。
D0
D
Q
解：这是典型的普通螺栓联接受转矩T作用的例子。
1、计算转矩T
T
?
F0
?
D 2
?
50000?
400 ?
2
107
N·mm
2、计算螺栓所需要的预紧力F0
? F0 ?
KST
z
f ri
i? 1
?
1.2? 107 0.12 ? 8 ? 500
2
?
50000
3、确定螺栓直径d1
N·mm
d1 ?
4 ? 1.3 ? F0 ?
z
? ri2
i ?1
?
?
Fmax
?
4
d02
?
[? ]
?
P
?
Fmax d0 lmin
?
[?
]P
联接 性质
紧 螺 栓 联 接
载荷 性质
轴向 力 FΣ
倾覆 力矩
M
联接 受力最大螺栓 类型 所受的力
强度 计算
普通 螺栓 联接
F2
?
F0
?
Cb Cb ? Cm
F
? ca
其中：
F ? F?
或
z
? 1 .3 F 2 ? [? ]
?
0
（4）有横向力F? ，保证底板不滑动的条件
得
F?
?
fziF0 ? 0.2 ? 2 ? 2 ? 28911 ? 19274N
KS
1.2
例2．起重卷筒与大齿轮用8个普通螺栓联接在一起，如 图所示，已知卷筒直径D=400mm，螺栓分布圆直 径D0=500mm，被联接结合面间摩擦系数f=0.12， 若摩擦传力的可靠性系数KS=1.2，起重钢索拉力 Q=50000N，螺栓材料的许用拉应力[σ]=100MPa， 试设计该螺栓组的螺栓直径。