螺栓组连接的结构设计和受力分析

工程中螺栓多为成组使用，单个螺栓使用极少。因此，须研究螺栓组的结构设计和受力分析，它是单个螺栓连接强度计算的基础和前提条件。

螺栓组连接设计的程序是：选择布局、确定数目、受力分析、求出直径。

1.螺栓组连接的结构设计

螺栓组连接的结构设计原则是：

1）螺栓布局要尽量对称分布，螺栓组中心与形心重合，对于圆形构件布置螺栓时，螺栓数目一定要取偶数，有利于分度、划线、钻孔。

2）一组螺栓设计成直径、长度、材料都相等，有利于加工和保持美观。

3）设计合理的螺栓间距，适当的边距，应满足扳手的空间，以利用扳手装拆，尺寸可查《机械设计手册》。

4）装配时，对于紧螺栓连接，应尽量使每个螺栓预紧程度（预紧力）一致。

2.螺栓组连接的受力分析

螺栓组连接的受力分析的目的是求出一组螺栓中受力最大的螺栓所受的力，为强度计算提供条件。

假设：1）被连接件为刚性体。

2）各个螺栓的材料、直径、长度与F′相同。

3）螺栓的应变在弹性范围内。

根据以上假设，进一步讨论当作用于一组螺栓的外载荷是轴向力、横向力、转矩和翻倒力矩时，一组螺栓中受力最大的螺栓所受的力。

（1）螺栓组连接受轴向载荷F_Q

如图1-2所示，作用于压力容器螺栓组几何形心的载荷为F_Q，则每个螺栓所受的工作拉力为

图1-2 螺栓组连接受轴向载荷

式中 Z——螺栓的个数。

（2）螺栓组连接受横向载荷F_R

一组螺栓受横向载荷作用，螺栓有可能受剪切，如图1-3b所示；如果采用受拉螺栓，则螺栓受拉而不受剪，如图1-3a所示。

1）采用受拉螺栓（普通螺栓）。如图1-3a所示，此时的螺栓在安装时每个螺栓受预紧力F′作用，而被连接件受夹紧力（正压力）作用，夹紧力产生的摩擦力与外载荷平衡，可得出螺栓受的预紧力

式中 K_f——可靠系数，取1.1～1.3；

μ_s——接缝面的摩擦因数；(www.xing528.com)

m——接合面数。

2）采用受剪螺栓（铰制孔光制螺栓）。如图1-3b所示，此时外载荷F_R直接作用在每个螺栓上，则每个螺栓所受的剪切力为

图1-3 螺栓组连接受横向载荷

（3）螺栓组连接受转矩T作用

如图1-4a所示，作用到一组螺栓几何形心的载荷是转矩T，但是，对于每个螺栓而言，就相当于受横向力作用，因此与前面分析的情况相同，也分以下两种情况考虑：

1）设计成受拉螺栓（普通螺栓）。如图1-4b所示，此时靠摩擦传力，即转矩被底板的摩擦力矩平衡。得出单个螺栓所受的预紧力

图1-4 螺栓组连接受转矩作用

式中 r_i——每个螺栓到回转中心的距离。

2）设计成受剪螺栓（铰制孔光制螺栓）

此时靠剪切传力，如图1-4c所示，底板受力为转矩T和螺栓给螺栓孔的反力矩，列出底板的受力平衡式加上变形协调条件求出一组螺栓中受力最大螺栓所受的力为

图1-5 螺栓组连接受翻倒力矩作用

图1-6松连接的起重滑轮

式中 r_max——受力最大螺栓到回转中心的距离。

（4）螺栓组连接受翻倒力矩M作用

如图1-5所示，此时，因为翻倒力矩M的方向与螺栓的轴线平行，因此螺栓只能受拉而不能受剪切。同时，为了接近实际并简化计算，又进行了重新假设：被连接件为弹性体，因此翻倒轴线为O—O而不是底板的右侧边。列出平衡式，可以得出螺栓组中受力最大螺栓所受的力为

式中 l_max——受力最大的螺栓到翻倒轴线的垂直距离。