受轴向拉力的轴径及螺纹计算
螺纹连接强度计算
F 0FF '' FF '
b b
Qp Qp
m
'm
F
Q'p
Q'p
Qp Qp
Q'p Q'p
变形协调条件： 凸缘→压力减量
栓杆→拉力增量 变形协调条件——
F'F'' 变形缩小Δ δ２
F0 F' 变形放大Δδ１
δ12
∴由图可知，螺栓刚度：
C 1tg 1F 1' 1 F 0C 1F'
被联接件刚度：
12
3
4
1、防松目的 实际工作中，外载荷有振动、变化、材料高温蠕变等会造成 摩擦力减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消失、摩擦力为零， 从而使螺纹联接松动，如经反复作用，螺纹联接就会松驰而失 效。因此，必须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故
2、防松原理 消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运 动的难度。
3、防松办法及措施
1）摩擦防松
双螺母、弹簧垫圈、尼 龙垫圈、自锁螺母等
螺螺
上上螺螺母母
栓栓
下下螺螺母母
弹簧垫圈
自锁螺母——螺母一端做成非圆形 收口或开峰后径面收口，螺母拧紧 后收口涨开，利用收口的弹力使旋 合螺纹间压紧
2）机械防松： 开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，弹簧垫片，轴用
带翅垫片，止动垫片，串联钢丝等
5）导程（S）——同一螺旋线上相邻两牙在中径圆柱面的母线 上的对应两点间的轴向距离
6）线 数 n ——螺纹螺旋线数目，一般为便于制造n≤4 螺距、导程、线数之间关系：S=nP
7）螺旋升角ψ——中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋
8）牙型角α ——螺线a纹r轴c轴t线g向L的平平/面面d内的2螺夹纹角a牙rc型tg两侧ndP 边2的夹角
螺纹的主要参数
（摘自GB3098.2—1982）（1988年确认）
螺母
4
性能
等级
5
68
9
10 12
相配 螺栓 性能 等级 直径 范围
3.6,4.6,4.8 3.6,4.6, 5.6, 6.8 8.8 8.8 9.8 10.9 12.9 4.8 5.8
>16
≤16 所有直径 >16 ≤ 所有 ≤
16 直径 39
5-3 螺纹联接的预紧
焊接
冲点
涂胶
5-5 单个螺栓联接的强度计算 一 、松螺栓联接
强度条件
4F [] d12
MPa
或
d1
4F
[ ]
mm
许用应力 [] s
MPa
1.2 ~1.7
二 、紧螺栓联接 1 、受横向载荷的紧螺栓联接 （1） 普通螺栓联接
4F
d12
W Tt Ftand 1(3)d22 4dF 12tan()2dd12
1 、普通螺纹(代号：M GB 192-81)
特点：螺纹的牙型角=2=60。因牙型 角大，所以当量摩擦系数大，自锁性能
好，主要用于联接
细牙螺纹与粗 牙螺纹的比较
粗牙：常用
细牙：自锁性能更好。常用于承受冲击、振 动及变载荷、或空心、薄壁零件上及微调装 置中 细牙的缺点：牙小，相同载荷下磨损快，易 脱扣
2、 螺栓的布置应使各螺栓的受力合理
3 、螺栓的排列应有合理的间距、边距
扳手空间
4、分布在同一圆周上的螺栓数目，应 取4， 6, 8等偶数，以便钻孔时在圆周上分度和画 线
5 、避免螺栓承受偏心载荷 产生偏心载荷的原因
凸面和沉头座的应用
斜垫圈的应用
二、 螺栓组联接的受力分析 1 、受轴向载荷Q的螺栓组联接
螺纹连接计算(附Excel计算)
螺纹连接计算目录起重机设计规范（箱形梁计算） (2)附1 :螺栓的承载力 (2)㈠连接螺栓的抗剪承载力 (2)㈡螺栓连接的抗拉承载力 (3)㈢剪力和拉力共同作用下螺栓的承载力 (4)附2 :螺栓群计算 (4)㈠螺栓群轴心受剪 (4)㈡螺栓群偏心受剪 (4)㈢螺栓群在弯矩作用下受拉 (5)㈣螺栓群偏心受拉 (5)㈤螺栓群受拉力、弯矩和剪力共同作用 (5)㈥螺栓连接计算公式 (5)附3:螺旋螺纹连接（支撑） (5)㈠三角螺纹 (5)㈡梯形螺纹 (13)㈢螺旋调节压杆稳定性 (14)附4螺纹连接计算表格.xls (15)附5 PSB螺栓（杆）、销联接.xlsx (15)起重机设计规范(箱形梁计算)强度计算对于s/ b0.7的高强度钢材，基本许用应力计算：0. 5s0.35 b(28)剪应力许用应力计算：n3(29)端面承压许用应力cd计算：cd 1.4(30) 局部压应力Pmtc(31) 复合应力—2 2m m3 2(32) 两个方向的正应力2 2 x y3 2x y xy(33)验算焊缝复合应力:2 2.x y x y 2；yh(37)稳疋性计算受弯构件的整体稳定性H型钢或焊接工字钢⑴、载荷作用在受压翼缘上时，1b23513——. s2351334510. 729 ；⑵、载荷作用在受拉翼缘上时，丄20 2352352016.506 ；b丫s345⑶、跨中受压翼缘右侧向支承时，丄16 2352351613. 205。
b s345附1：螺栓的承载力㈠连接螺栓的抗剪承载力1•普通螺栓的抗剪承载力⑴按抗剪d 2N] % 丁[ j] (2 - 2 - 27))4n v ------- 剪切面数，单剪n v1双剪单剪n v2；d -------- 螺栓杆直径；[j] ----------- 螺栓的许用剪应力0. 6~0. 8如螺杆[j ] —，被连接构件[c ]1弋]n⑵按承压[N c ] d t [』(2-2-28))t ——承压构件的较小总厚 度；d ------ 螺栓杆直径；[c ]——孔壁的许用应力，[c ] 1冃] 2•摩擦型高强螺栓的抗剪承载力Z P[N v ]且一[j ] (2 - 2 - 29))nZ m ------------ 传力的摩擦面数；---- 摩擦系数，Q235(0.30 〜0.45) , Q345(0.35 〜0.55);P ——单个螺栓的预紧力， 预拉力P0.7 sl A ；sl——屈服点，A ——螺栓的有效截面n --------- 安全系数，载荷组合 A B C,安全系数n 1. 48、. 34、. 22表3-2-8 摩擦系数口值连接处构件接触面的处理方法 Q235 构件材料Q345及以上喷砂(喷砂后生赤锈)0.45 0.55 喷砂(或酸洗)后涂无机富锌漆 0.35 0.40钢丝刷清理浮锈或未处理的干净0.300.35轧制表面㈡螺栓连接的抗拉承载力1•普通螺栓的抗拉承载力抗拉 屈服点 157192245303353 459 561694817976 螺栓 等级强度Ysl螺栓公称直径(mm)等(Y b /KI/ rv'2 \ (N/mm 2)M16M18M20 M22 M24 M27 M30 M33M36 M39(N/mm)单个高强螺栓的预拉力 P (kN)8.8S > 800> 60070 86 110 135 158 205 250 310 366 437 10.9S > 1000 > 900 99 120 155 190 223 290 354 437 515 615 12.9S> 1200 > 1080110145185229267347424525618738表中预拉力值PA ，其中0.7slsl取各档中的最小3-2-9单个高强螺栓的预拉力d 2[N t] —M I](2 - 2 - 30)4d -------- 螺纹内径；[l] ------------ 螺栓的许用剪力2•摩擦型高强度螺栓的抗拉承载力㈡螺栓群偏心受剪螺栓强度：N iN iTx N iTy N iF 2 [N v ](2-2-41计算式对普通螺栓和高强度螺栓都适用。
机械设计习题集答案第十五章--螺纹连接(解答)
15—4 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=0.15，螺栓材料为Q235、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 。
题15—4图解题要点：(1)求预紧力F ′：由螺栓强度级别4.6级知σS =240MPa,查教材表11-5（a ），取S=1.35，则许用拉应力： ［σ]= σS /S =240/1。
35 MPa=178 MPa ， 查（GB196—86）M10螺纹小径d 1=8.376mm由教材式(11—13）： 1.3F ′/（πd 21/4）≤[σ] MPa 得:F ′=[σ]πd 21/（4×1.3）=178 ×π×8。
3762/5.2 N =7535 N （2） 求牵引力F R :由式（11—25）得F R =F ′fzm/K f =7535×0。
15×2×1/1.2N=1883。
8 N (取K f =1。
2)分析与思考：（1）常用螺纹按牙型分为哪几种?各有何特点?各适用于什么场合?连接螺纹用什么牙型？传动螺纹主要用哪些牙型？为什么？答：根据牙型，螺纹可以分为三角形、矩形、梯形、锯齿形等。
选用时要根据螺纹连接的工作要求，主要从螺纹连接的效率和自锁条件两个方面考虑，结合各种螺纹的牙形特点。
例如三角形螺纹，由于它的牙形角α较大，当量摩擦角υρ也较大（βρυυcos arctan arctan ff ==），分析螺纹的效率()υρη+ψψ=tan tan 和自锁条件 Ψυρ≤,可知三角形螺纹效率较低,但自锁条件较好，因此用于连接。
机械设计第五章
由表5-5查得接合面间的摩擦系数 f=0.16，并取
Cb 0.2 Cb Cm Cm 0.8 Cb Cm
（P84）
取防滑系数Ks=1.2，则各螺栓所需要的预紧力为
5)上面每个螺栓所受的总拉力F2按式(5-34)求得:
3.确定螺栓直径 选择螺栓材料为Q235、性能等级为4.6的螺栓，由表5-8 查得材料屈服极限=240MPa，由表5-10查得安全系数S=1.5 故螺栓材料的许用应力
螺栓预紧力F0后，在工作 拉力F 的作用下，螺栓总拉力 式中F1为残余预紧力，为保证联 接的紧密性，应使 F1＞0
未拧紧
已拧紧
加载
当螺栓承受工作载荷F后： (1)被联接件的压缩力由预紧力F0，减至残余预紧力F1 (2)螺栓所受的拉力由预紧力F0增加到F2= F+ F1； 消去F1，得到 消去 螺栓相对刚度 (越小越好)
悬臵螺母和环槽螺母都是全部或局部改变螺母旋合部 分的变形性质，使之变为拉伸变形，使螺纹牙上载荷分布 趋于均匀；
内斜螺母可使载荷较大的头几圈螺纹牙容易变形，使 载荷上移而改善载荷分布不均。
(三)减小应力集中的影响 在螺栓上的螺纹、螺栓头和螺栓杆的过渡处以及螺栓 横截面突变处等应力集中较大处卸荷结构。
5-5螺栓组联接的设计
一、螺栓组联接的结构设计
螺纹联接组的设计1
螺纹载荷计算
（一）、受横向载荷的螺栓组联接
1、受横向载荷的配合螺栓
F 每个螺栓所受的横向工作剪力F F z 4 d 0 Lmin d0 2 p [ P ] F [ ] F
2、受横向载荷的普通螺栓组联接
平衡条件：
fF0 zi K s F
K s F F0 fzi
ca
应力合成： ca 2 3 2
强度条件 设计公式
ca
1.3F0 1.3 4F0 2 [ ] 2 d1 / 4 d1
1.3 4 F0 d1 [ ]
F0
• 结论：在拧紧时受拉伸、扭转的联合作用，在 计算时，只按拉伸强度计算，并将计算结果重 大30%来考虑扭转的影响。
• 3、承受工作剪力的紧螺栓联接
d 0 Lmin 挤压强度条件： p [ P ] F
Lmin 1.25d 0
4 剪切强度条件： d0 2 F
[ ]
§5-6 螺栓组联接的设计
一、螺栓组联接的结构设计 1、为便于加工制造、对称布置螺栓，同时接合面受力均匀， 被联接件（接合面）形状应简单对称。（轴对称等）
F Cb Cm
F Fb Fm Cb Cm (Cb Cm )
F Cb Fb Cb Cm
F Cm Fm Cb Cm
•
Cm F0 F1 Fm F1 F Cb C m
F Cb F2 F0 Cb C m
2、承受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接强度计算
•
F0
F0
F0
F2
F0 F0 F0 F0
F0 F0 F0 F0
F1
F1
F1
F1
螺纹扭矩和轴向力关系
螺纹扭矩和轴向力关系
螺纹扭矩和轴向力是机械设计中非常重要的两个参数，它们之间的关系对于机械的性能和寿命有着至关重要的影响。
在本文中，我们将探讨螺纹扭矩和轴向力之间的关系，并介绍一些常见的计算方法和应用。
我们需要了解什么是螺纹扭矩和轴向力。
螺纹扭矩是指在螺纹连接中，为了使螺纹紧固，需要施加的扭矩大小。
轴向力是指在螺纹连接中，由于螺纹的紧固作用，产生的沿轴向方向的力。
这两个参数的大小和方向都与螺纹的尺寸、材料、紧固方式等因素有关。
在实际应用中，螺纹扭矩和轴向力往往是同时存在的。
例如，在机械设备中，螺纹连接通常用于连接轴和轴套、法兰和管道等部件。
在这些连接中，螺纹扭矩和轴向力的大小和方向都会影响连接的紧固程度和稳定性。
那么，螺纹扭矩和轴向力之间有什么关系呢？一般来说，螺纹扭矩越大，产生的轴向力也就越大。
这是因为螺纹连接的紧固过程中，螺纹的扭转会产生摩擦力，从而使螺纹产生轴向拉力。
这个拉力的大小与螺纹扭矩成正比，因此，当螺纹扭矩增大时，轴向力也会随之增大。
在实际应用中，我们需要根据具体的情况来计算螺纹扭矩和轴向力的大小。
一般来说，可以采用经验公式或者数值模拟的方法来进行
计算。
例如，在螺纹连接中，可以根据螺纹的尺寸、材料、摩擦系数等因素来计算螺纹扭矩和轴向力的大小。
同时，还需要考虑连接的紧固方式、工作环境等因素对螺纹连接的影响。
螺纹扭矩和轴向力是机械设计中非常重要的参数，它们之间的关系对于机械的性能和寿命有着至关重要的影响。
在实际应用中，我们需要根据具体的情况来计算和控制螺纹扭矩和轴向力的大小，以确保连接的稳定性和可靠性。
对拉螺栓的轴向拉力设计值
4
表中，轴向拉力设计值一列，括号内是规范表 5.2.3 的数值。 由表中可见，这里计算的轴向拉力设计值，比规范规定的数值提高 很多。在剪力墙小模板设计时，利用上表的数值，可以充分发挥对拉 螺栓的承载力，减少对拉螺栓的数量。 这里讨论的对拉螺栓的轴向承载力都是针对螺栓断裂来说的：
对拉螺栓的破坏形式，除了断裂外，还可能有螺纹被抹平：
2
d（公称直径）
d1(内径）
螺栓螺栓连接 的强度设计值，即 170N/mm 。但对拉螺栓不是螺栓连接 ．．．． ．．．． 中的螺栓，而是一个轴向受拉杆件：
2
下面这种对拉螺栓，也是轴向受拉杆件：
对拉螺栓不需要借助角钢等连接件连接，没有螺栓连接 中的撬力： ．．．．
3
P=N+Q Q
P Q 受拉螺栓
Q 撬力
2
轴向拉力设 计值（KN) 12.9 17.8 24.5 29.6 32.3 存在下列问题： 一、 按钢结构设计规范（GB 50017-2003)7.2.1 条 2 款，普通
螺栓杆轴方向受拉的连接中，每个螺栓承载力设计值按下式计算：
1
d e2 b N ft 4
2 2
HPB300。采用螺栓有效面积，和 HPB300 的抗拉强度设计值 270N/mm ，计算对拉螺栓的轴向拉力设计值如下：
2
螺栓公称直 径 d（mm） M12 M14 M16 M18 M20 M22
钢材抗拉强 度设计值 （N/mm2) 270 270 270 270 270 270
螺距 p （mm） 1.75 2 2 2.5 2.5 2.5
螺栓有效直 螺栓有效面 轴向拉力设 径 de（mm） 积 Ae（mm2） 计值（KN) 10.36 12.12 14.12 15.65 17.65 19.65 84.27 115.44 156.67 192.47 244.79 303.40 22.8 （12.9） 31.2 （17.8） 42.3 （24.5） 52.0 （29.6） 66.1 （38.2） 81.9 （47.9）
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1.受軸向力（如拉杆）的軸﹑螺栓的軸徑計算
計算公式﹕d=√2W/2õ
d:外徑（mm)21.82179 W:引張荷重（kgf)1000õ:許用引張應力kgf/mm2 4.2 2W/õ476.1905
2.受軸向力（如拉杆）的軸﹑螺栓的可承受張力計算
計算公式W=(õd2)/2
W:引張荷重（kgf)1890 d:外徑（mm)30õ:許用引張應力kgf/mm2 4.2
3.受軸向力與扭轉同時存在時的軸徑計算
計算公式﹕d=√8W/3õ
d:外徑（mm)10 W:引張荷重（kgf)157.5õ:許用引張應力kgf/mm2 4.2 8W/3õ100
4.受軸向力與扭轉同時存在時的可承受張力計算
計算公式W=(3d2õ)/8
W:引張荷重（kgf)157.5 d:外徑（mm)10õ:許用引張應力kgf/mm2 4.2
5.受與軸成直角方向的剪力時的軸徑計算
計算公式﹕d=2√WS/3.14T
d:外徑（mm)14.57101 Ws:橫向拉力（kgf)500 :許用剪應力kgf/mm23 T
WS/3.14T53.07856
6.受與軸成直角方向的剪力時可承受橫向拉力計算
計算公式﹕Ws=(d2*3.14*T)/4
Ws:橫向拉力（kgf)942 d:外徑（mm)20
:許用剪應力kgf/mm23 T
7.螺紋長度計算
計算公式﹕L=(4*WP)/(3.14q(d2-D2))
L:螺紋長度（mm)21.34339
W:引張荷重（kgf)1000 P:螺距（mm) 1.5 q:螺紋許用接觸面壓力(kg/mm2)﹐緊固用3﹐移動用13 d:螺紋外徑（mm)10 D:螺紋內徑（mm)8.376。