螺纹连接强度计算

1、技术文章视频/样本反馈/论坛新产品业内专家|文章点评投稿发表科技文章技术应用|基础知识|外刊文摘|取新动态企业目录资料下载螺纹联接设计：单个螺栓联接的强度计算newmaker螺纹联接根据载荷性质不同，其失效形式也不同：受静载荷螺栓的失效 多为螺纹部分的塑性变形或螺栓被拉断；受变载荷螺栓的失效多为螺栓 的疲劳断裂；对于受横向载荷的镀制孔用螺栓联接，其失效形式主要为螺栓杆剪断，栓杆或被联接件孔接触表面挤压破 坏；如果螺纹精度低或联接时常装拆，很可能发生滑扣现象。螺栓与螺母的螺纹牙及其他各部分尺寸是根据等强度原则及使用经验规定的。采用标准件时，这些部分都不需要进行强度计算。所以，螺栓联接的计算主要是

2、确定螺纹小径di ,然后按照标准选定螺纹公称直径（大径）d,以及螺母和垫圈等联接零件的尺寸。1 .受拉松螺栓联接强度计算图 15.3松螺栓联接装配时不需要把螺母拧紧，在承受工作载荷前，除有关零件的自重（自重一般很小，强度计算时可略去。）外，联接并不受力。图 1所示吊钩尾部的联接是其应用实例。当螺栓承受轴向工作载荷（N）时，其强度条件为式中：d1-螺纹小径，mm;b 1-松联接螺栓的许用拉应力，Mpa。2 .受拉紧螺栓联接的强度计算根据所受拉力不同，紧螺栓联接可分为只受预紧力、受预紧力和静工作拉力及受预紧力和变工作拉力三类。只受预紧力的紧螺栓联接图为靠摩擦传递横向力F的受拉螺栓联接，拧紧螺母后，

3、这时螺栓杆除受预紧力F'引起的拉应力 b=4F'/兀12外，还受到螺纹力矩T1引起的扭转剪应力：对于M10M68的普通螺纹，取d1、d2和入的平均值，并取 p=arctan0.15 ,得° = 0.5曲于螺栓材料是塑性材料，按 照第四强度理论，当量应力be为明 Jb * +曳 * Jb1 +3（口.5£7），的 13（7故螺栓螺纹部分的强度条件为：式中b为静载紧联接螺栓的许用拉应力，其值由表1查得。受预紧力和工作载荷的紧螺栓联接。FD2D1图 15.5图15.5所示压力容器的螺栓联接是受预紧力和轴向工作载荷的典型实例。这种联接拧紧后螺栓受预紧力F',

4、工作时还受到工作载荷F。一般情况下，螺栓的总拉力F0并不等于F与F'之和。现分析如下：螺栓和被联接件受载前后的情况见图15.6。图a为螺母刚好拧到与被联接件接触，此时螺栓与被联接件均未受力，因而也不产生变形。图为螺母已拧紧，但尚未承受工作拉力的情况，这时，螺栓受预紧力F'的作用。以C1和C2分别表示螺栓和被联接件的刚度，在预紧力F'的作用下，螺栓产生伸长变形S1=F'/C1,被联接件产生压缩变形S2=F'/(2。图为螺栓受工作拉力F后的情况。这时，螺栓拉力增大到F0,拉力增量为Fo-F',伸长增量为 8 1;而被联接件随之部分放松，其受压力减小到

5、 F"(称之为剩余预紧力)，压缩减量为8 2。根据螺栓的静力平衡条件得Fo=F"+F(1)图 15.7即螺栓所受的总拉力 F0应等于剩余预紧力 F"与工作拉力F之和。如图15.7所示，图a为螺栓和被联接的受力和变形关系图，将两关系图合并得图 bo图为螺栓受工作载荷时的情况，根据螺栓与被联接件变形协调条件有4F+F' F'， 和 8 2=(F'-F")/c2 代入得F"=F'-Fc 2/(Ci+C2)(15-12)F'=F"+Fc 2/(C1+C2)(15-13)Fo=F'+Fc 1/(C

6、1+C2)(15-14)式中c1/(c1+c2)称为螺栓的相对刚度系数。螺栓的相对刚度系数的大小与螺栓及被联接件的材料、尺寸和结构有关，其值在01之间变化，一般可按表选取。表螺栓的相对刚度系数垫片类别金属垫片或无型片皮革垫片闹皮石梯垫片檬胺垫片口.”0 30.70.30.5紧螺栓联接应能保证被联接件的接合面不出现缝隙(图2d为螺栓工作载荷过大， 联接出现缝隙的情况， 这是不容许的。),因此剩余预紧力 F"应大于零。当工作载荷F没有变化时，可取 F"= (0.20.6 ) F,当F有变化时，F" = (0.61.0) F;对于有紧密性要求的联接(如压力容器的螺栓联接

7、)，F"= (1.51.8) Fo设计时，通常在求出F后，即可根据联接的工作要求选择F",然后由式(15-11 )求Fo以计算螺栓的强度。联接应该是在受工作载荷前拧紧的，螺纹力矩为F'tan（入+ p'2圾；但考虑到出现特殊情况时可能在工作载荷下补充拧紧,则螺纹力矩为F0tan（入+p 2）2,相应的螺栓切应力 。和拉应力分别为(T=4R/ 兀 21因此，为安全起见，参照式（15-9）的推导，得螺纹部分的强度条件为(15-15)式（15-15 ）用于静载荷计算。静载时的许用应力见表15.6。如图15.8可知，当工彳载荷在 0与F之间变化时，螺栓的拉力在F&#

8、39;与F0之间变化，螺栓的拉力变幅为:由于变载零件的疲劳强度应力幅是主要因素，故应满足强度条件式中（T a-螺栓变载时的应力幅;ba-螺栓变载时的许用应力幅，见表 15.6。图 15.83 .受剪螺栓联接图15.9所示为校制孔用螺栓联接，工作时螺杆在联接接合面处受剪切，并与被联接件孔壁互相挤压。联接损坏的可能形 式有：螺栓被剪断，栓杆或孔壁被压溃等。在计算时，这种联接的预紧力和摩擦力可忽略不计。设螺栓所受的剪力为Fs,则栓杆的抗剪切强度条件为4Fs/ Tt(?mc t(15-17)栓杆与被联接件孔壁的抗挤压强度条件为FsWdh(rp (15-18)式中d-螺栓抗剪面直径；m-螺栓抗剪面数目；

9、h -栓杆与孔壁挤压面最小高度；廿腺栓的许用切应力，见表 15.7 ;15.7。op-栓杆或孔壁材料中强度较弱者的许用挤压应力，见表图 15.94 .螺栓的材料和许用应力螺栓的常用材料为 Q215、Q235、10、35和45钢，重要和特殊用途的螺纹联接件可采用15Cr、40Cr、30CrMnSi等力学性能较高的合金钢。国家标准规定螺纹联接件按其力学性能进行分级（见表 15.4）。表15.5列出了螺纹联接件常用材料的抗拉伸力学性能。螺纹联接的许用应力及安全系数见表15.6和表15.7。注；1螺栓、双头螺柱和螺钉的性能等级用数字表示，点前数字7表15.4 螂栓、蝶母的力学性能等级和推荐材料忠校,反

10、乂.解柱，噱盯性能够级3.64.64.85.65.86S8.89.R10.912.9悔再材料10Q21515Q23516Q21S253515Q2354535354540Ct151&VD3OCrKfriSiISfcfriVB邓任台鞭4性能等砥4或54或54我s5568或。91012雄寿材料10Q21510Q21510Q2L510Q21510Q21515Q23535354glilvfcVEMCrKfriSiHMnVB1点后数字为10X% 为抗拉强度极限，er,为屈服极限,单位为Mpa。2螺母性能等级用数字表示 > 为。氏&/10.士同一材料通过工艺措施可制成不同等皴的螺栓.表

11、1$ $螺纹联接件常用材料的拉伸力学性能（Mpa）钢号抗拉强度极限%屈服极限（Js据号抗拉强度极限屈服极F艮1034042021035540320Q21534042022045650360Q23541047。2404OCr750-10006509002550030015.6受拉螺栓联接的许用应力(Mpa)许用拉皮力cf=亳系尊栓联接（1）.不控制预紧力时，S按下表选取；爆栓许用应力幅和微限应力幅J 1 = 皿r =*一式中,S,-1Q.a已一一尺寸系数（下表尺寸d为第一系列）；dpnm<1；1620 2430 36424«5604材料M16-.1G0 M30-M60£0.87 0.81 0.76 0.69 0.65 0.62 0.600J7 554破案第423 3T2-1.3ir蛇3应力伟由王拓管金丽 544-2.52.5心曳刀米甲承致.控制预紧力时<T5/MPa400600S001000S=1.2MJ33.94.85.2fol椅供呼前!2十时<rBJMPa4006003301000S=1.21.5kD33.94.85.2松蝶栓联接1_rtffiOr（制造工艺系数：车制