深入解析螺栓组连接受力介绍

多数情况下，螺栓都是成组使用的。设计时，通常根据被连接件的结构和连接的载荷，确定连接的传力方式、螺栓数目和布置形式。为了减小螺栓规格和提高连接的结构工艺性，通常在同一螺栓组中，应采用相同的螺栓材料、直径和长度。

螺栓组连接受力分析的目的是求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便进行螺栓连接的强度计算。为了简化计算，通常假设：各螺栓的抗拉强度或抗剪强度（即各螺栓的材料、直径和长度）及预紧力均相同；螺栓组的对称中心与连接接合面的几何形心重合；受载后，连接接合面仍保持为平面。下面对四种典型的受载情况分别进行讨论。

1.受轴向载荷FQ的螺栓组连接

图10.10所示为压力容器螺栓组连接，轴向载荷FQ作用线与螺栓轴线平行，并通过螺栓组的对称中心。设螺栓数目为z，各螺栓平均受载，则每个螺栓所受的轴向工作载荷F为

图10.10　压力容器螺栓组连接

2.受横向载荷FR的螺栓组连接

图10.11所示为受横向载荷FR的螺栓组连接，FR作用线与螺栓轴线垂直并通过螺栓组的对称中心，载荷可通过两种方式传递。

（1）当采用普通螺栓连接时，如图10.11（a）所示，螺栓只受预紧力作用，横向载荷FR靠连接拧紧后接合面间产生的摩擦力来传递。设各螺栓预紧力均为F′，为使被连接件之间不发生相对滑动，应有

图10.11　受横向载荷FR的螺栓组连接

（2）当采用铰制孔用螺栓连接时，如图10.11（b）所示，横向载荷FR靠螺栓杆受剪切和螺栓杆与孔壁间的挤压来传递。故这种连接所需的拧紧力矩一般不大。计算时不考虑预紧力和摩擦力的影响，每个螺栓所受的横向工作剪力FS均为

设计时，沿载荷方向布置的螺栓不宜超过6个，以免造成受力严重不均。

3.受旋转力矩T的螺栓组连接

如图10.12所示，旋转力矩T作用在连接接合面内。在T的作用下，底板有绕着通过螺栓组对称中心O、与接合面相垂直的轴线转动的趋势。为了防止底板转动，可采用普通螺栓连接，也可采用铰制孔用螺栓连接，其传力方式和受横向载荷的螺栓组连接相同。

图10.12　受旋转力矩T的螺栓组连接

（1）采用普通螺栓连接时，如图10.12（a）所示，旋转力矩T靠连接拧紧后在接合面间产生的摩擦力矩来传递。设各螺栓预紧力均为F′，并假设各摩擦力分别集中作用在各螺栓中心处。各摩擦力的方向与各螺栓轴心和螺栓组对称中心O的连线（即力臂ri）相垂直。为防止底板发生转动，应满足

（2）采用铰制孔用螺栓连接时，在螺纹组对称中心O的作用下，各螺栓受到剪切和挤压的作用，如图10.12（b）所示。假设底板为刚体，受载后接合面仍保持为平面，忽略连接中的预紧力和摩擦力。根据螺栓的变形协调条件，各螺栓的剪切变形量与其轴线到螺栓组对称中心O的距离成正比。因为各螺栓的抗剪强度相同，所以各螺栓所受工作切应力也与该距离成正比，即各螺栓受力大小不同，受力最大螺栓的工作切应力FS，max为

4.受翻转力矩M的螺栓组连接

图10.13（a）所示为受翻转力矩的底板螺栓组连接。M作用在通过x—x轴并垂直于连接接合面的对称平面内。底板承受翻转力矩之前，由于螺栓已拧紧，各螺栓受预紧力F′，有均匀的伸长；地基在各螺栓的F′作用下，有均匀的压缩，其受力如图10.13（b）所示。当底板受到力矩M作用后，绕轴线O—O倾转一个角度。假定接合面仍保持为平面，此时，在轴线O—O左侧，螺栓被进一步拉伸，底板被放松；而在右侧，螺栓被放松，底板被进一步压缩，其受力如图10.13（c）所示。

图10.13　受翻转力矩的底板螺栓组连接

为防止连接失效，有3种情况需要注意。(www.xing528.com)

（1）求出受载最大螺栓的工作载荷。

根据螺栓的变形协调条件，轴线O—O最左侧螺栓受载最大，最大工作载荷Fmax为

（2）保证接合面受压最大处不被压溃。

同理，轴线O—O最右侧受压最大，最大挤压应力σp，max应满足的条件为

（3）受压最小处不出现间隙。

受压最小处为轴线O—O最左侧，不出现间隙即最小挤压应力σp，min应满足的条件为

在实际应用中，螺栓组连接的受力状态常常是以上4种简单受力状态的不同组合。不论实际的受力状态如何复杂，都可以利用静力分析方法将复杂的受力状态分解成上述的简单受力状态。因此，只要分别计算出螺栓组在这些简单受力状态下每个螺栓的工作载荷，然后将它们进行矢量合成，便得到每个螺栓的总工作载荷，从而进行相应的强度计算。