螺纹连接例题与测试题汇总

[例2] 有一轴承托架用4个普通螺栓固连于钢立柱上，托架材料为HT150，许用挤压应力[σ]P =60MPa ，螺栓材料强度级别6.8级，许用安全系数[s]=4，接合面间摩擦系数f=0.15，

可靠性系数K S =1.2，螺栓相对刚度

2.02

11

=+C C C ，载荷P=6000N ，尺寸如例图2.5所示，设计此螺栓组连接。

[解]

1．螺栓组受力分析

如例图2．5所示，载荷p 可分解为：

横向载荷 P y =Pcos30°=6000cos30°=5196 N (铅垂向下) 轴向载荷 P x =Psin30°= 6000sin30°= 3000 N (水平向右) 倾覆力矩 M = P x ×180+ P y ×420=3000×180+5196×420 = 2.722×610N ·mm

显然该螺栓组连接受横向载荷P y 、轴向载荷P x 和倾覆力矩M 三种简单载荷的共同作用。

(1)确定受力最大螺栓的轴向工作载荷。首先确定在轴向载荷P x 作用下，每个螺栓受到的轴向工作载荷 N P F x P

7504

3000

4===

然后确定在倾覆力矩M 的作用下，每个螺栓受到的轴向工作载荷由公式（11-33）P273为

显然，上部螺栓受力最大，其轴向工作载荷为 F=F P +F M =750+3240=3990 N (2)确定螺栓的预紧力F ’。

①由托架不下滑条件计算预紧力F ’，该螺栓组连接预紧后，受轴向载荷P x 作用时，其接合面间压紧力为剩余预紧力F ”，而受倾覆力矩M 作用时，其接合面上部压紧力减小，下部压紧力增大，故M 对接合面间压紧力的影响可以不考虑。固此，托架不下滑的条件式为

式中 P y ——横向载荷，P y =5196N ；

F P ——螺栓所受的由P x 引起的轴向工作载荷，

F P =750N ；

f ——接合面问摩擦系数，f=0.15；

K s ——可靠性系数， K s =1.2；

②由接合面不分离条件公式(11-35)p273计算预紧力F ’。

⎪⎭

⎫

⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-≥≥⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=+-=-=A W

M

P C C C z F 得

W

M C C C A P C C C A zF W

M C C C P C C C zF A W M C C C A zF x

x x P

P

P 211'

211211'212212'

212""'

min

1101111)(σσσ

③由托架下部不被压溃条件公式(11-34)p273计算预紧力；（钢立柱抗挤压强度高于铸铁托架)

⎪⎭⎫

⎝

⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+≤≤⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛

+--=++

⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=++=+=A W M P C C C A z F 得

W

M C C C A P C C C A zF W

M C C C P C C C zF A W M C C C A zF x P P

x x P P P 211'

211211'212212'212"

"

'max 1][1][1111)(σσσσσ

式中 [σ]p ——托架材料的许用挤压应力，[σ]p = 60MPa ；

其它参数同前。 所以

()N

F 3.113,9216160010618.910722.230002.01616006066

'

=⎥⎦⎤⎢⎣

⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯--+⨯≤

综合以上三方面计算，取F' = 11000 N 。 2．计算螺栓的总拉力F 0

这是受预紧力F'作用后又受轴向工作载荷F 作用的紧螺栓连接，故螺栓的总拉力F 0为

3．确定螺栓直径

式中 [σ]——螺栓材料的许用拉伸应力。

由题给条件知，强度级别为 6.8级，得σs =480MPa ，[S]=4，所以

[σ]= σS / [S]=480/4=120 MPa

mm

d 757.12120

798

,113.141=⨯⨯⨯≥

π

查GBl96--1981，取M16(d 1=13.835mm>12.757mm)。

[说明] 该题也可先按托架不下滑条件确定预紧力F ’，然后校核托架上部不分离和托架下部不压溃的情况。

[例3] 有一气缸盖与缸体凸缘采用普通螺栓连接．如图所示。已知气缸中的压力p 在0—1MPa 之间变化，气缸内径D=500mm ，螺栓分布圆周直径D 0=650mm ，为保证气密性要求，剩余预紧力F ”=1.8 F(F 为螺栓的轴向工作载荷)，螺栓间距t ≤4．5d(d 为螺栓的大径)，螺栓材料的许用拉伸应力[σ]=120MPa ，许用应力幅[σ]a =20MPa ，选用铜皮石棉垫 片，螺栓相对刚度

8.02

11

=+C C C 。试设计此螺栓组连接。 [分析] 本题是典型的仅受轴向载荷作用的螺栓组连接。但

是螺栓所受载荷是变化的，因此应先按静强度计算螺栓直径，然后校核其疲劳强度。此外，为保证连接的气密性，不仅要保证足够大的剩余预紧力，而且要选择适当的螺栓数

目，保证螺栓间间距不致过大。

[解]

1．初选螺栓数目z

因为螺栓分布圆周直径较大，为保证螺栓间间距不致过大，所以应选用较多的螺栓，取z=24。

2．计算螺栓的轴向工作载荷F

(1)螺栓组连接的最大轴向载荷F Q

(2)螺栓的最大轴向工作载荷F

3．计算螺栓的总拉力F0

F0=F”+F=1.8F+F=2.8F=2.8X16362.5=45815 N 4．计算螺栓直径

查GB 196--1981，取M30(d1=26．211 mm>25．139mm)。5．校核螺栓疲劳强度