螺纹连接的预紧及受力强度计算——预紧螺栓组

1.2.1 螺纹连接的预紧

螺纹连接的预紧是为了使连接件达到预期的紧密性和连接刚性，同时也防止连接件受力作用或设备振动而松动。预紧力过小，达不到连接的刚性和可靠性要求，浪费了紧固件的紧固能力，也易使连接松动；预紧力过大，则可能使紧固件超过其材料屈服强度而伸长甚至拧断，达不到紧固的目的。紧固件的紧固是通过螺栓或螺母的作用力矩完成的，但很难准确测算出需要的紧固力矩的大小，一般都根据装配人员的经验来判断。使用机械力矩扳手或气动、电动力矩拧紧扳手，是控制拧紧力矩的最好方式。根据试验确定紧固力矩，通过控制力矩扳手施加、固定拧紧力，在自动化和大量生产中是唯一的好方法。

1.2.2 预紧螺栓组的受力分析及强度计算

在一般受力不大，螺栓螺钉等连接紧固件受损不会出现危险时，螺栓等紧固件的连接强度可根据设计经验、连接空间尺寸来选择和配置，可不必进行受力分析和强度计算。但当连接件的受力大，特别是当连接紧固件受损后有可能出现危险状态（如压力容器、高速运动件等）时，一定要进行受力分析和紧固件的强度计算。预紧螺栓强度可按表3.2-3进行受力分析后，按表3.2-4～表3.2-13进行强度计算，然后按表3.2-14～表3.2-18所列的螺纹最小拉力载荷及保证载荷选择螺栓的直径。

（1）典型预紧连接螺栓组的受力分析（表3.2-3）

（2）单个螺栓的强度计算

1）不预紧连接和预紧连接的单个螺栓的强度计算见表3.2-4～表3.2-13。

表3.2-3 典型预紧连接螺栓组的受力分析

（续）

注：按本表确定受力最大的螺栓及所需的预紧力，然后按表3.2-4进行强度计算。

①若保证底板不滑动，需满足

μ（zP₀－Q_y）＞Q_x

若此条件不能满足，应采用卸载装置（如采用销、键、挡块和套筒等卸载装置）。

②若保证被连接件最大受压处不被压溃，需满足

式中 σ_pp——结合面的许用挤压应力（MPa）。变载时按静载σ_pp（表3.2-12）。

表3.2-4 不预紧连接和预紧连接的单个螺栓的强度计算公式

（续）

注：表中的计算方法亦适用于双头螺柱和螺钉。

①当螺栓预紧力在阵接结合面处产牛的摩擦力不足以克服连接件受的横向力时．螺栓按复合载荷计算。

②钢，静载时n=1.25，变载时按静载σ_PP降20%-30%。

表3.2-5 预紧连接结合面的摩擦因数μ值

表3.2-6 预紧连接螺栓的安全系数n值（不控制预紧力）

表3.2-7 预紧系数K₀值

表3.2-8 螺栓的相对刚度系数K_c值

表3.2-9 尺寸系数ε

表3.2-10 螺纹连接件的常用材料及力学性能 （单位：MPa）(https://www.xing528.com)

表3.2-11d＝12mm螺纹的有效应力集中系数Kσ

注：辗压螺纹的K_σ降低20％～30％。

表3.2-12 底板螺栓连接结合面的许用挤压应力σ_pp （单位：MPa）

表3.2-13 连接的许用挤压应力、许用抗压强度和许用切应力（单位：MPa）

2）受偏心载荷时，预紧螺栓连接的强度计算如下：图3.2-1所示钩头螺栓连接，螺栓除受轴向拉力F_∑外，还受偏心弯矩F_∑e的作用，螺纹部分危险截面上的最大拉应力为

图3.2-1 偏心载荷

式中 A_s——螺纹公称应力截面面积（mm²）；

W——螺纹危险截面系数（mm³）；

e——偏心距（mm）；

F_∑——轴向拉力（N）；

d_s——螺纹危险截面的计算直径（mm），d_s≈d；

σ_lp——许用应力（MPa），见表3.2-4。

1.2.3 螺纹的载荷能力

粗、细牙螺纹及螺母的载荷如表3.2-14～表3.2-18。

表3.2-14 粗牙螺纹的最小拉力载荷

①对钢结构用螺栓，分别以70000N、95500N和130000N代替。

表3.2-15 粗牙螺纹的保证载荷

①对钢结构用螺栓，分别以50700N、68800N和94500N代替。

②S_p为保证应力（MPa）。

表3.2-16 细牙螺纹的最小拉力载荷

①P——螺距。

表3.2-17 细牙螺纹的保证载荷

①P——螺距。

表3.2-18 螺母的保证载荷