螺栓组受力分析的设计示例
例题16—1 如图所示，矩形钢板用4个螺栓固定在铸铁支架上。
受悬臂载
荷=∑F 12000N ，接合面间的摩擦系数=f 0.15，可靠性系数n K =1.2，
=l 400mm ，=a 100mm 。
试求：
（1）用铰制孔螺栓连接时，受载最大的螺栓所受的横向剪切力；（2）普通螺栓连接时，螺栓所需的预紧力。
解题分析 本题螺栓组连接受横向载荷和旋转力矩共同作用。
解题时，首先要将作用于钢板上的外载荷向螺栓组连接的接合面形心简化，得出该螺栓组连接受横向载荷和旋转力矩两种简单载荷作用的结论。
然后将这两种简单载荷分配给各螺栓，找出受力最大的螺栓，利用力的叠加原理求出合成载荷，如图所示。
若螺栓组采用铰制孔螺栓，则通过挤压传递横向载荷。
若采用普通螺栓连接，则采用连接面上足够的摩擦力来传递横向载荷。
此时，应按螺栓所需的横向载荷，求出预紧力。
具体受力分析步骤见表。
图11—14 托架螺栓组连接图 图11—15 托架螺栓组连接的受力分析
表11—4 螺栓组连接的受力分析步骤。
螺栓组结构设计与受力
§5-4 螺栓组结构设计与——求出受力最大的螺栓，以进行单个螺栓强度计算。 假设：各螺栓直径、长度、材料和预紧力F0相同； 受载后结合面仍为平面； 螺栓的变形在弹性范围内。
1.螺栓组受横向载荷FR ①采用普通螺栓 ——靠结合面的摩擦平衡外载荷FR，而螺栓仅受预紧力和
F ax = F + F 2 + 2F ⋅ F 2 ⋅ cos α m S T S T
2 2
KS ⋅ F ax m f ⋅i
②受FQ+M FQ
§5-4 螺栓组受复合载荷
M FQ
FQ M
F=
F ax m
F Q Z
工作拉力 F ax m
M⋅ Lmax = 2 ∑Li
M⋅ Lmax = + 2 Z ∑Li F Q
F F F 变形协调条件： T1 = T2 = ⋅⋅ ⋅ = TZ r1 r2 rZ F F = Tmax ri Ti rmax
最大工作载荷： F max = T 哪个螺栓受 力最大？
FT1
1
r1
FT2
FT3
O
T 1 2
T⋅ rmax 2 ∑ri
3.螺栓组受轴向载荷FQ
§5-4 螺栓组受轴向载荷
总载荷FQ： F = ∑p Q p 单个螺栓工作载荷：F =
1
2
FR
2
2
α
F ax = F + F 2 + 2F ⋅ F 2 ⋅ cos α m S T S T
哪个螺栓受 力最大？
2）普通螺栓 ①受FR+T
§5-4 螺栓组受复合载荷
FR FT FS FR T
4
3 T
F F = R S Z T⋅ rmax F max = T 2 ∑ri F≥ 0
2螺栓组受力
例１、图示4个5.6 级M16的普通螺栓 固定在型号为25b 的标准槽钢上， 结合面摩擦系数 为μ＝0.4，所受载 荷为Ｐ＝16KN 问：联接是否可 靠？ 分析：载荷Ｐ简化到螺栓组几何形心，普通螺栓 联接受横向载荷和旋转力矩作用，失效形式为螺 栓被拉断或者发生滑移
解： 计算项目 １、受力分析
横向载荷
N 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100
F F2
F1
60°
F0
30° 45°
F1
45°
F F2 变形
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?
FL 2a
F 3
F 3
F 3 FL 2a
Fmax=F3=
FL 2a
+
F 3
F 3
FL 2a
旋转力矩
计算内容
计算结果
P 16KN
T 6800KNmm
P 16KN
T 6800KNmm
P V 4 KN 4
Fmax Tr1 r12 r22 r32 r42
Ｐ作用下单个 螺栓受力
Ｔ作用下单个 螺栓受力 螺栓承受最大 载荷（２、３ 螺栓）
V 4 KN
17.7 KN Fmax 17.7 KN
1、普通螺栓联接
F0 zm K s F
K s F F0 zm
2、铰制孔螺栓联接
每个螺栓所受工作剪力：
F F z
三、受旋转力矩的螺栓组联接 1、普通螺栓联接
力矩平衡条件： F0 ri K sT
i 1
z
所需预紧力： F0
K sT ri
i 1 z
螺栓受力计算范文
螺栓受力计算范文螺栓是一种常用的连接元件，广泛应用于机械、汽车、航空航天、建筑等各个领域。
在使用螺栓连接时，需要对其受力情况进行计算，以确保连接的安全可靠。
1.预紧力计算：预紧力是将螺栓杆紧固在一起时所施加的初始力。
预紧力的大小取决于连接的要求和材料的性能。
在计算预紧力时，需要考虑到螺栓的拉伸与弯曲现象，以及由于螺栓杆和螺栓孔直径差异产生的压力分布。
预紧力的计算公式为：Pe=0.75Aτ其中，Pe为预紧力，A为螺栓的截面面积，τ为螺栓材料的屈服应力。
2.轴向载荷计算：螺栓在连接中常常承受一定的轴向载荷，如拉力或压力。
在计算轴向载荷时，需要考虑到力的大小、方向和作用点的位置。
轴向载荷的计算公式为：F=τA其中，F为轴向力，τ为轴向力的应力，A为螺栓的截面面积。
3.弯矩计算：螺栓连接中还可能存在弯矩作用，即力的力臂与螺栓杆轴线之间的距离。
在计算弯矩时，需要考虑到弯矩的大小和作用点的位置。
弯矩的计算公式为：M=FL其中，M为弯矩，F为作用在螺栓上的力，L为力臂的长度。
4.剪力计算：螺栓连接中也可能存在剪力作用。
在计算剪力时，需要考虑到剪力的大小和作用点的位置。
剪力的计算公式为：F=τA其中，F为剪力，τ为剪力的应力，A为螺栓的截面面积。
在进行螺栓受力计算时，需要确保所使用的材料具有足够的强度和刚度，以承受受力计算所得的各项力和力矩。
此外，还需要注意螺栓的松动和失效等问题，进行适当的预防措施，以确保连接的安全可靠。
此外，螺栓在使用过程中可能会出现疲劳现象，因此需要进行疲劳强度的计算和分析，以判断螺栓在循环载荷下的寿命。
疲劳强度计算是螺栓受力计算中的一个重要方面，但由于篇幅限制，本文无法详细介绍，读者可在相关专业书籍中查阅详细信息。
综上所述，螺栓受力计算是连接设计中的重要环节，通过合理计算和分析，可以确保螺栓连接的可靠性和安全性。
但在实际应用中，还需要综合考虑各种复杂因素，以确保计算结果的准确性。
螺栓联接例题(2)-螺栓部分3个不错的例题
故方案b螺栓所受最大横向力：
Fb max Fb1 F1 F21 4000 276423N 316423N . .
3)两方案比较 因Famax<Fbmax，故方案比较合理
F2 F0
（2）按联接紧密性条件求所需最小预紧力
F0 F1 F1 F0 Cm F Cb C m Cm F Cb C m
F0 18502 0.2 5113 17479 N
F1 1.5 F F0 Cm F 1.5 F Cb C m Cm F 1.5 F 0.8 F 2.3F Cb C m
5）上面每个螺栓所受的总拉力F2可按式（5-18）求得 Cb F2 F0 F 6520N 0.2 2796N 7079N Cb Cm 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 σs=240MPa，由表5-10查得安全系数S=1.5，故螺栓材料的许用应力为：
F0 1.5 F
F0 2.3 5113 11760N 11760N F0 17479N
例3、一块矩形钢板用4个螺栓固连在宽度为250mm的槽钢上，螺栓的布置有 （a）、（b）两种方案，如图所示。已知载荷FΣ=16000N， l=425mm， a=75mm， b=60mm。设钢板和槽钢的摩擦系数f=0.12，防滑系数Ks=1.2。试 问：若采用铰制孔螺栓，试比较哪种螺栓布置方案合理
s
ca
S 1.3F2 4 d12
240 160MPa 1.5 , F2
d12 13.8352 160
4 1.3 4 1.3
18502 N
3.求预紧力F0允许的范围
螺栓组受力分析例题
一钢板用4个螺栓固定在铸铁支架上，螺栓的布置有A、B两种方 案，试比较哪种布置方案合理。何种类型的载荷？ 2）可以转化成哪些基本的受 载形式？ 3）哪个螺栓受载最大？ 4）螺栓受载小，则方案合理 【解题过程】 T P T P
方案 A
方案 B
1）将外载 P 向螺栓组中心平移
转化成横向工作载荷与旋转力矩的组合 2）单个螺栓的受载分析 由 P 产生的横向工作载荷：
T PL
P FS 4
T
Fm1 FS Fm1 FS FS Fm1 FS Fm1 Fm2
T
Fm2
FS
r2
Fm2
FS Fm2 FS FS
方案 A
方案 B
由 T 产生的横向工作载荷：
方案 A 较合理。
方案 A
Fm1
T 4r1
方案 B Fm 2
T 4r2
式中：
r1 a 2 a 2 a 2 ; r2 a r1 r2 Fm1 Fm2
T
Fm1 FS Fm1 FS FS Fm1 FS
α
Fm1 R1max Fm2
T
Fm2
FS
r2
Fm2
FS Fm2 FS FS
R2max
方案 B 方案 A 由图可知，方案 A 右侧螺栓所受两力的夹角α 最小，故合力最大； 方案 B 中，也是右边螺栓受载最大。 合成后的最大横向工作载荷：
方案 A R1max
方案 B 3）方案比较
FS Fm1 2FS Fm1 cos
2 2
R2max FS Fm2 R1max R2max
螺栓组受力分析与计算
一．螺栓组联接的设计设计步骤：1．螺栓组结构设计2．螺栓受力分析3．确定螺栓直径4．校核螺栓组联接接合面的工作能力5．校核螺栓所需的预紧力是否合适确定螺栓的公称直径后，螺栓的类型，长度，精度以及相应的螺母，垫圈等结构尺寸，可根据底板的厚度，螺栓在立柱上的固定方法及防松装置等全面考虑后定出。
1. 螺栓组联接的结构设计螺栓组联接结构设计的主要目的，在于合理地确定联接接合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求各螺栓和联接接合面间受力均匀，便于加工和装配。
为此，设计时应综合考虑以下几方面的问题：1）联接接合面的几何形状通常都设计成轴对称的简单几何形状，如圆形，环形，矩形，框形，三角形等。
这样不但便于加工制造，而且便于对称布置螺栓，使螺栓组的对称中心和联接接合面的形心重合，从而保证接合面受力比较均匀。
2）螺栓的布置应使各螺栓的受力合理。
对于铰制孔用螺栓联接，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置八个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均。
当螺栓联接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近联接接合面的边缘，以减小螺栓的受力（下图）。
如果同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，应采用销，套筒，键等抗剪零件来承受横向载荷，以减小螺栓的预紧力及其结构尺寸。
接合面受弯矩或转矩时螺栓的布置3）螺栓排列应有合理的间距，边距。
布置螺栓时，各螺栓轴线间以及螺栓轴线和机体壁间的最小距离，应根据扳手所需活动空间的大小来决定。
扳手空间的尺寸（下图）可查阅有关标准。
对于压力容器等紧密性要求较高的重要联接，螺栓的间距t0不得大于下表所推荐的数值。
扳手空间尺寸螺栓间距t0注：表中d为螺纹公称直径。
4）分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成4，6，8等偶数，以便在圆周上钻孔时的分度和画线。
同一螺栓组中螺栓的材料，直径和长度均应相同。
5）避免螺栓承受附加的弯曲载荷。
除了要在结构上设法保证载荷不偏心外，还应在工艺上保证被联接件，螺母和螺栓头部的支承面平整，并与螺栓轴线相垂直。
螺栓组的受力分析
5）导程S——同一条螺旋线相邻两牙的轴向距离；
单线：S=t
d2
双线：S=2t
多线：S=nt
n——头数；
右旋
6）升角：螺旋线与水平线夹角；
S t
tg S d2
7）牙型角 牙型斜角
8）牙的工作高度h
S
d2
二、各种螺纹的特点、应用
自锁条件：升角<v（摩擦角）； 牙型斜角越小越不容易加工。
b只受预紧力214dqp???31116dt???紧螺栓联接装配时螺母需要拧紧在拧紧力矩作用下螺栓除受预紧力qp的拉伸而产生拉伸应力外还受螺纹摩擦力矩t1的扭转而产生扭转剪应力使螺栓处于拉伸与扭转的复合应力状态下
第四章 螺纹零件
一、概述
1、作用
联接：起联接作用的螺纹; 传动：起传动作用的螺纹;
2、螺纹的形成 刀具——做直线运动； 工件——做旋转运动； 螺纹线：转动与直线运动；
rz
ks T
z
f ri
i 1
式中：f——结合面的摩擦系数；
ri——第i个螺栓的轴线到螺栓组 对称中心O的距离；
z——螺栓数目；
ks——防滑系数，同前。
机架 地基
T
r4 r1
rr32
Qpf
Qpf
松配
T
r4 r1
rr23
Qpf
Qpf
紧配
b)紧配 当采用紧配螺栓时，在转矩T的作用下，各螺栓受到剪切和挤压
习题： 一、选择题
第四章 螺纹零件
1、在常用的螺旋传动中，传动效率最高的螺纹是 4 。
（1）三角形螺纹；（2）梯形螺纹；（3）锯齿形螺纹；（4）矩 形螺纹；
2、在常用的螺纹联接中，自锁性最好的螺纹是 1 。
7-4螺栓组受力分析实验
试验时，砝码16加上后。支架14与机座11的联接接合面受到一个横向载荷和倾覆 力矩的联合作用。倾覆力矩为：
（7-1）
O-O左侧螺栓受到工作拉力作用 ：
（7-2）
（7-3）
螺栓的受力是通过贴在螺栓中段上的电阻应变片15的变形并借助电阻应变仪而测 得，电阻应变仪的测量原理见§3-4。所以螺栓所受的工作拉力为：
式中：E—螺栓材料的弹性模量，对于钢E=2.1× d—被测螺栓直径，mm； ε—应变量； σ—被测螺栓处的拉应力,MPa。
（7-4）先将各被测螺栓上的电阻应变片两端引线与电阻应变仪的预调平衡 箱输入端相连接；
2. 检查试验台各部分与仪器是否正常，电阻应变仪各部分连线是否正常 3. 接通电源并预热后，调整电阻应变仪，将选择开关转到“静”，用小
15-电阻应变片；16-加载砝码
图7-7 LST-Ⅱ型螺栓组联接试验台结构示意图
螺栓组联接是由二行各五个螺栓分布在支架14上与机座11联接而成。加载装置由两级杠杆12、 13组成，其杆长之比均为1：10，则总杠杆比值为1：100倍，即加载砝码16通过二级杠杆作用在 螺栓组连接支架上的力就增大100倍。螺栓组的受力变形，通过应变仪检测螺栓上的电阻应边片 15的伸长量得到。
型 螺丝刀调整指针到零位，使得应变仪的电阻平衡。然后将选择开关转 到“预”，再用螺丝刀调整指针到零位，使得预调平衡箱上的电容平 衡。用这种方法对每一个螺栓测量点在“静”、“预”之间反复调整
数次 后，电桥即可达到平衡状态； 4. 逐一均匀地拧紧各螺栓，使每个螺栓具有相同的预紧初拉力和初应变 5. 对螺栓组联接进行加载，在电阻应变仪上测量出每个螺栓的相应应变 量，如此重复三次测量，计算出平均应变量和平均应力。
7-4 螺栓组受力分析实验
螺栓组受力
螺栓组受力螺纹联接设计：螺栓组联接的受力分析螺栓联接多为成组使用，设计时，常根据被联接件的结构和联接的载荷来确定联接的传力方式、螺栓的数目和布置。
螺栓组联接受力分析的任务是求出联接中各螺栓受力的大小，特别是其中受力最大的螺栓及其载荷。
分析时，通常做以下假设：①被联接件为刚性；②各螺栓的拉伸刚度或剪切刚度（即各螺栓的材料、直径和长度）及预紧力都相同；③螺栓的应变没有超出弹性范围。
下面介绍几种典型螺栓组受力分析的方法。
1. 受轴向力Fz的螺栓组联接图15.5所示为气缸盖螺栓组联接，其载荷通过螺栓组形心，因此各螺栓分担的工作载荷F相等。
设螺栓数目为z，则F=Fz/z (15-19)此外螺栓还受预紧力，其总拉力的求法见本章第15.2.1节。
2. 受横向载荷FR的螺栓组联接图15.10为受横向力的螺栓组联接，螺栓沿载荷方向布置，载荷可通过两种不同方式传递。
图15.10(1) 用受拉螺栓联接螺栓只受预紧力F` ，靠接合面间的摩擦来传递载荷。
假设各螺栓联接接合面的摩擦力相等并集中在中心处，则根据板的平衡条件得或(15-20)式中μs--接合面摩擦系数，对于钢铁零件，当接合面干燥时，μs ＝0.10～0.16；当接合面沾有油时，μs＝0.06～0.10；m--接合面数目；z--螺栓数目；kf--考虑摩擦传力的可靠系数，kf＝1.1～1.5。
若z＝1，m=1，并取μs＝0.15，kf＝1.2，则F`＝8FR。
由此可见，这种联接的主要缺点是所需的预紧力很大，为横向载荷的很多倍。
(2) 用受剪螺栓联接时，靠螺栓受剪和螺栓与被联接件相互挤压时的变形来传递载荷。
联接中的预紧力和摩擦力一般忽略不计。
假设各螺栓受均匀载荷Fs，则根据板的静力平衡条件得zF S= F R或F S=F R/z（15-21）3. 受旋转力矩T的螺栓组联接图15.11图15.11为底座承受旋转力矩T的作用，有绕螺栓组形心的轴线O－O旋转的趋势，载荷也可通过两种方式传递。
螺栓组联接中螺栓的受力和相对刚性系数
螺栓组联接中螺栓的受力和相对刚性系数一、实验目的1.了解在受倾覆力矩时螺栓组联接中各螺栓的受力情况；2.了解螺栓相对刚度系数即被联接件间垫片材料对螺栓受力的影响；3.了解单个螺栓预紧力的大小对螺栓组中其它各螺栓受力的影响;3.根据实验结果计算出螺栓相对刚性系数，填入实验报告。
4.了解和部分掌握电阻应变片技术、计算机技术在力测量中的应用。
从而验证螺栓组联接受力分析理论和现代测量技术在机械设计中的应用。
二.实验要求：1.实验前预习实验指导书和教科书中有关本实验的相关内容；2.实验中按指导教师要求和实验指导书中实验步骤进行实验，注意观察实验中各螺栓载荷变化情况，并能用螺栓组联接受力分析理论解释其现象；3.根据实验结果计算出螺栓相对刚性系数，填入实验报告。
4.按指导教师要求完成指定思考题。
三、实验设备：1. 螺栓组实验台一台2. 计算机一台3. 10通道A/D转换板（包括放大器）一块4. 调零接线盒一个5. 25线联接电缆一条四、实验原理1. 机械部分：当将砝码加上后通过杠杆增力系统可作用在被联接件上一个力P，该力对被联接件上的作用效果可产生一个力矩，为平衡该力矩，已加上预紧力的螺栓组中各螺栓受力状况会发生变化，且受力情况会因垫片材料不同而不同；螺栓所处位置不同而不同。
测出各螺栓受力变化(如图11-2)，即可检验螺栓组受力理论。
螺栓实验台(如图一)本体由①机座、②螺栓（10个）、③被联接件、④1 75的杠杆增力系统、⑤砝码（2—2kg，1—1kg）、⑥垫片六部分组成。
各螺栓的工作拉力F i可根据支架静力平衡条件和变形协调条件求出。
设在M（PL）作用下接触面仍保持为平面，且被联接件④在M作用下有绕O－O线翻转的趋势(如图11-3)。
为平衡该翻转力矩M，各螺栓将承受工作拉力F i；此时，O－O 线上侧的螺栓进一步受拉，螺栓拉力加大；O－O 线下侧的螺栓则被放松，螺栓拉力减小。
由静力平衡条件可知：M PL F L F L F L F L i i ==+++++11221010 （1）式中：F i —第i 个螺栓所受工作拉力； L i —第i 个螺栓轴线至O －O 线的距离；根据螺栓变形的协调条件，各螺栓拉伸变形量（工作拉力）与该螺栓距O －O 线的距离成正比，即F L F L F L F L i i 11221010===== （2）由（1）、（2）两式可推出任一螺栓的工作拉力F iF PLL L L L i i=+++1222102（3）根据受轴向载荷紧螺栓联接的受力理论，各螺栓受载荷后的总拉力不仅与预紧力Q pi、工作拉力F i 有关，而且与螺栓的刚度C b 和被联接件的刚度C m 有关。