普通螺栓连接强度的计算方法

更新时间：2025-01-10 工作计划版权反馈

【摘要】：所以，螺栓内除了有预紧力F0产生的拉应力σ外，还存在T1产生的扭转切应力τ，因此应按拉扭合成强度条件进行计算。表7-9螺栓的相对刚度此外，为了保证剩余预紧力所需的预紧力，可由下式确定：受预紧力和轴向工作拉力共同作用的紧连接螺栓，应按螺栓的总拉力进行强度计算，考虑到螺栓在总拉力FΣ的作用下可能需要补充拧紧，因此螺栓工作时受总拉力和相应的螺纹摩擦力矩的组合作用，同时产生拉伸变形和扭转变形。

1）受拉松连接螺栓的强度计算

装配时不需要拧紧的螺栓连接称为松连接螺栓。图7-14所示的起重机吊钩螺栓连接即为松连接，工作时螺栓只受轴向拉力作用。设吊钩受力为F，则吊钩螺栓的强度条件为

图7-14　起重机吊钩螺栓连接

式中　d1——螺栓的螺纹小径（mm）；

［σ］——松连接时螺栓材料的许用拉应力（MPa），［σ］=σs/S，S=1.2～1.7。

由式（7-16），可得设计公式为

2）受拉紧连接螺栓的强度计算

根据连接承受工作载荷情况的不同，紧连接螺栓可分为只受预紧力作用和同时受预紧力与工作载荷作用两种不同情况。

（1）只受预紧力作用的紧连接螺栓在螺栓组连接受横向载荷（图7-10）或旋转力矩（图7-11）作用时，工作中各螺栓只受预紧力F0作用。但在拧紧螺母时，在螺纹副间还会产生摩擦力矩T1使螺栓发生扭转变形。所以，螺栓内除了有预紧力F0产生的拉应力σ外，还存在T1产生的扭转切应力τ，因此应按拉扭合成强度条件进行计算。对于M10～M68普通螺纹的钢制螺栓，由分析可得σ≈0.5τ。

因螺栓材料为塑性材料，故采用第四强度理论建立其强度条件：

即　

或　

式中　σca——拉扭组合变形下螺栓的相当应力（MPa）；

［σ］——紧连接时螺栓材料的许用拉应力（MPa），［σ］值见表7-7。

由式（7-18）可知，紧连接时螺栓受轴向拉伸和扭转的联合作用，但在计算时，可只按拉伸强度计算，而用将螺栓拉力增大30%的方法来考虑扭转的影响。

（2）受预紧力和轴向工作载荷共同作用的紧连接螺栓。在螺栓组连接受轴向工作载荷（图7-12）或翻转力矩（图7-13）作用时，工作中各螺栓将受预紧力F0和工作拉力F共同作用。由于螺栓和被连接件产生的弹性变形的影响，螺栓受到的总拉力FΣ并不等于预紧力F0与工作拉力F之和。此时，应由螺栓和被连接件的变形协调条件确定螺栓所受总拉力及被连接件的受力。

图7-15a所示的是螺母刚好拧到与被连接件相接触但尚未拧紧的情形，此时螺栓和被连接件均不受力，也不产生变形。

图7-15　受预紧力和工作拉力同时作用时螺栓连接的受力情况(www.xing528.com)

预紧后未受工作拉力时（图7-15b），螺栓仅受预紧力F0的作用，其伸长量为δ1且δ1=F0/C1，C1为螺栓的刚度；而被连接件在预紧力F0的作用下产生压缩变形，压缩量为δ2且δ2=F0/C2，C2为被连接件的刚度。将螺栓和被连接件的受力与变形的关系分别用图线表示（图7-16a、b），称为力-变形图。将图7-16a、b合并在一起即为图7-16c。

图7-16　螺栓连接的力-变形图

图7-15c所示的是承受工作拉力时的情形，此时螺栓所受的拉力由F0增至FΣ，伸长量增加了Δδ1；与此同时，原来被压缩的被连接件因螺栓的伸长而被放松，所受的压力由F0减小至称为剩余预紧力，并且被连接件的压缩量随着减小了Δδ2。此时螺栓连接的力-变形图如图7-16d所示。由图（7-20）可知，螺栓所受总拉力等于工作拉力F与剩余预紧力之和，即

为了防止连接接合面间出现缝隙（图7-15d），保证连接的紧固性和紧密性，必须使剩余预紧力。对于不同工作要求的连接，一般推荐如下：对紧密性要求的连接（如压力容器），；对紧固性要求的连接，工作载荷稳定时，，工作载荷不稳定时，；对地脚螺栓连接，。设计时选定了剩余预紧力后，即可由式（7-20）求出螺栓所受的总拉力FΣ。