螺栓设计校核（设计师必备技能）

单个螺栓连接的强度计算根据连接的工作情况，可将螺栓按受力形式分为受拉螺栓和受剪螺栓，两者失效形式不同。设计准则是针对具体的失效形式通过对螺栓相应部位进行相应强度条件的设计计算或强度校核面提出的。螺栓的其他部位及螺母、垫圈等的尺寸，一般可从手册中查出，不必进行强度计算。

螺栓连接的计算主要是确定螺纹小径d1，然后按标准选定螺纹的大径d及螺距P等。

一、受拉螺栓连接

静载荷下的螺栓连接主要失效形式为螺纹部分的塑性变形和断裂。一般为了简化计算，取螺纹的小径d1为危险截面的直径，其强度计算方法按工作情况可分为：松螺栓连接与紧螺栓连接。

1、松螺栓连接在承受工作载荷前，螺栓不受力。例如起重机的吊钩，见下图。

2、紧螺栓连接。

a、只受预紧力的紧螺栓连接

b、承受横向外载荷的紧螺栓连接

c、承受轴向静载荷的紧螺栓连接，例如压力容器的紧螺栓连接及气缸端盖的紧螺栓连接等。这种受力形式的紧螺栓连接应用最广，也是最重要的一种螺栓连接形式。

二、受剪螺栓连接。这种装配时螺栓杆与孔壁间采用过渡配合、无间隙，螺母不必拧的很紧。多为铰制孔螺栓，这种连接应分别按挤压及剪切强度条件进行计算。

其挤压强度条件为：

其剪切强度条件为：

本文以实例的方法主要讲解下受拉螺栓的计算方法。例题选自《机械设计基础》。

例题1、起重滑轮松螺栓连接如下图所示。已知作用在螺栓上的工作载荷F=50KN，螺栓材料为Q235，试确定螺栓直径。

解：已知螺栓材料为Q235，其材质为碳素结构钢，"Q"为屈服强度的字母缩写，故σs=235MPa，安全系数S=1.2--1.7，取安全系数S=1.4。则许用应力[σ]=σs/S=235/1.4=167.86MPa，又已知F=50KN=50000N

依据公式

可得d1≥19.47mm，查手册后选择M24螺栓。（注意d1为小径）

例题2、某气缸的蒸汽压强p=1.5MPa，气缸内径D=200mm。气缸与气缸盖采用螺栓连接（如下图），螺栓分布圆直径D0=300mm。为保证紧密性要求，螺栓间距不得大于80mm，试设计此气缸盖的螺栓组连接。

解：1、确定工作载荷F。

由F=pS=pπD*D/4得F=1.5x3.1415x200x200/4=47124N

2、确定螺栓个数z。

由螺栓间距不得大于80mm得t=πD0/z≤80，则z≥11.78，取z=12。

3、确定单个螺栓工作载荷f。

由f=F/z=47124/12=3927N。

4、确定单个螺栓总拉力F∑。

由F∑=f F'（F'为残余预紧力，对于压力容器、气缸等有紧密性要求的螺栓连接可取F'=（1.5-1.8）f）取F'=1.8f得F∑=f 1.8f=2.8f=2.8*3927=10995.6N。

5、确定螺栓的公称直径d。

取螺栓机械性能等级为4.8级，其抗拉强度为400MPa，其屈服强度为320MPa。假定螺栓公称直径d=16mm。不控制预紧力紧螺栓安全系数取S=3，则许用应力[σ]=σs/S=320/3=106.67MPa。紧螺栓连接由公式

（FS为单个螺栓总拉力F∑）

得d1≥13.1mm，查手册可知M16螺栓满足性能要求。

由例题2可知螺栓组的连接设计时，首先要确定螺栓组的连接结构，即选定螺栓的数目和布置形式、确定螺栓连接的结构尺寸等。在确定螺栓尺寸时，对于不重要的连接或有成熟实例的连接，可以采用类比法。但对于主要的连接，则就根据连接的结构和受力情况，找出受力最大的螺栓及其所受的载荷，然后应用单个螺栓连接的强度计算方法进行螺栓的设计或校核。

特别提出螺栓组受力分析时做了如下假设。第一、螺栓组内的各个螺栓受到的预紧力都一样；第二、螺栓组中心与连接面形心重合；第三、受载后连接接合面仍保持为平面；第四、螺栓的变形在弹性范围内；第五、被连接件为刚体。

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