机械基础 第2版 课件 第12章 螺纹连接

第12章螺纹连接将两个或两个以上的机械零件接合在一起的形式称为联接。在机械中，为便于制造、安装、运输、维修等，广泛地使用了各种联接。对于机械设计人员来说，熟悉各种联接方法及有关联接件的结构特点、应用场合，掌握正确选择联接的方法及其计算是至关重要的。按照拆开时是否需要破坏联接件或被联接件来分，联接通常可分为可拆联接和不可拆联接两类。可拆联接是不需毁坏联接中的任一零件就可拆开的联接，一般具有通用性强、可随时更换、维修方便等特点，允许多次重复拆装，常见的有螺纹联接、键联接、销联接、轴间联接（联轴器、离合器）和柔性联接(金属弹簧、橡胶弹簧)等。不可拆联接一般是指必须要毁坏联接中的某一部分才能拆开的联接，具有结构简单、成本低廉、简便易行的特点，常见的有铆接、焊接、胶接等。本章主要讨论螺纹联接的类型、应用、标准、选用及其工作能力计算等。

在圆柱体上沿一条螺旋线切制的螺纹，称为单线螺纹，如图(a)所示；也可沿二条、三条螺旋线分别切制出双线螺纹和三线螺纹，如图(b)、(c)所示。单线螺纹主要用于联接，多线螺纹主要用于传动。按螺旋线绕行方式的不同，又有右旋螺纹和左旋螺纹之分，如图所示。螺纹有外螺纹和内螺纹之分。在圆柱体外表面上形成的螺纹，称为外螺纹，在圆柱孔内表面上形成的螺纹，称为内螺纹。械制造中除上述的常用螺纹外,还有特殊用途的螺纹，以适应各行业的特殊工作要求，需用时可查阅有关专用标准。常用螺纹的类型、特点及应用见表12.1所示。12.1.2螺纹参数的主要参数

螺旋副由外螺纹和内螺纹相互旋合而成。圆柱普通螺纹的主要参数如图所示。12.1.2螺纹参数的主要参数

(1)大径d(D)

它是指与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱的直径,一般定为螺纹的公称直径。(2)小径d1(D1)

它是指与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱的直径。(3)中径d2(D2)

它是指螺纹的牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱直径。(4)螺距P

它是指相邻两牙在中径上对应两点间的轴向距离。12.1.2螺纹参数的主要参数

12.1.2螺纹参数的主要参数

(7)牙型角α

它是指轴向剖面内螺纹牙型两侧边的夹角。(8)牙型斜角β

它是指轴向剖面内螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。对三角形、梯形等对称牙型,

β=α/2。(9)旋合长度L

它是指内外螺纹旋合后接触面的轴向长度。

除矩形螺纹外,其他螺纹的各种参数均已标准化。12.1.3螺纹联接的基本类型(1)螺栓联接

常见的普通螺栓联接如图(a)所示。在被联接件上开有通孔,插入螺栓后在螺栓的另―端拧上螺母。这种联接的结构特点是被联接件上的通孔和螺栓杆间留有间隙,通孔的加工精度要求低,结构简单,装拆方便,使用时不受被联接件材料的限制,因此应用极广。如图(b)所示为饺制孔用螺栓联接。这种联接能精确固定被联接件的相对位置,并能承受横向载荷,但孔的加工精度要求较高。12.1.3螺纹联接的基本类型(1)螺栓联接普通螺栓联接—受拉螺栓铰制孔螺栓联接—受剪螺栓12.1.3螺纹联接的基本类型(2)双头螺柱联接如图所示,这种联接适用于结构上不能采用螺栓联接的场合。

例如,被联接件之一太厚不宜制成通孔,材料又比较软(如用铝镁合金制造的壳体),且需要经常拆装时,往往采用双头螺柱联接。显然,拆卸这种联接时,不用拆下螺柱。12.1.3螺纹联接的基本类型(3)螺钉联接如图所示,这种联接的特点是螺钉直接拧入被联接件的螺纹孔中,不用螺母,在结构上比双头螺柱联接简单,紧凑。其用途和双头螺柱联接相似,但如经常拆装时,易使螺纹孔磨损,可能导致被联接件报废,故多用于受力不大,或不需要经常拆装的场合。12.1.3螺纹联接的基本类型(4)紧定螺钉联接

紧定螺钉联接是利用拧入零件螺纹孔中的螺钉末端顶住另一零件的表面(见图(a))或顶入相应的凹坑中(见图(b)),以固定两个零件的相对位置,并可传递不大的力或转矩。螺钉除作为联接和紧定用外,还可用于调整零件位置,如机器、仪器的调节螺钉等。12.1.3螺纹联接的基本类型除上述4种基本螺纹联接形式外,还有一些特殊结构的联接。例如,专门用于将机座或机架固定在地基上的地脚螺栓联接(见图12.7),装在机器或大型零、部件的顶盖或外壳上便于起吊用的吊环螺钉联接(见图12.8),用于工装设备中的T型槽螺栓联接(见图12.9)等。12.1.4标准螺纹联接件螺纹联接件的类型很多,在机械制造中常见的螺纹联接件有螺栓、双头螺柱﹑螺钉﹑螺母及垫圈等。

常用的螺纹联接件都已有国家标准,其形状和尺寸在标准中都有规定,使用时可按标准选择。

螺纹联接件的制造精度分为A、B、C3级,A级精度最高,用于要求装配精度高及受振动、变载荷等重要联接,B级多用于经常拆卸、调整或承受变载的联接。C级用于一般的螺纹联接(如常用螺栓、螺钉等联接件)。12.1.4标准螺纹联接件

(1)螺栓

螺栓由螺栓头和螺杆构成,其结构形式很多(见图),应用最广。螺栓头一般为六角形,其杆部可制成全螺纹或部分螺纹。如图(a)所示为最常用的一般受拉螺栓;如图(b)所示为细杆螺栓,常用于受冲击,振动或变载荷处;如图(c)所以为饺制孔用螺栓,其光杆部分直径较大,精度也较高,主要用来承受横向载荷,并能精确固定被联接件的相对位置;如图(d)所示为带开口销孔的螺栓,广泛用于需要防止松动的螺纹联接中。12.1.4标准螺纹联接件(2)螺钉

螺钉的螺杆部分和螺栓大体相同,但头部形状多种多样,有一字槽、十字槽、内六角槽等(见图),以适应不同的装配空间、拧紧程度、联接外观等方面的需要。12.1.4标准螺纹联接件(3)双头螺柱

双头螺柱的两端均有螺纹,分别为旋入端和螺母端,两端螺纹可相同或不同,以适应于拧入不同材料的零件。如图(a)所示为等长双头螺柱,使用时不分旋入端和螺母端;如图(b)所示双头螺柱两端长度不同,b为旋入端长度,另一端为螺母端。12.1.4标准螺纹联接件(4)紧定螺钉

紧定螺钉的头部和末端形状很多,如图所示。其末端常用的有锥端、平端和圆柱端。锥端适用于被紧定零件的表面硬度较低或不经常拆卸的场合;平端接触面积大,不伤零件表面,常用于预紧硬度较大的平面或经常拆卸的场合;圆柱端压入轴上的凹坑中,适用于紧定空心轴上的零件位置。12.1.4标准螺纹联接件(5)螺母

螺母的结构形式很多,常用的有六角螺母、圆螺母等。六角螺母的结构如图所示，圆螺母的结构如图所示。根据螺母的厚度不同,六角螺母可分为标准螺母和薄螺母。薄螺母常用于受剪力的螺栓联接上或空间尺寸受限制的场合。螺母的制造精度和螺栓相同，分为A、B、C3级,应与相同级别的螺栓配用。12.1.4标准螺纹联接件(6)垫圈

垫圈是螺纹联接中不可缺少的零件,如图所示。它常放置在螺母和被联接件之间,主要用以保护被联接件的支承表面等作用。平垫圈按加工精度不同,分为A级和C级两种。用于同螺纹直径的垫圈又可分为特大,大,普通和小4种规格,特大垫圈主要在铁木结构上适用,斜垫圈用于倾斜的支承面上。12.2螺纹联接的预紧和防松

12.2螺纹联接的预紧和防松

(mm2)；

式中：A1——螺栓最小剖面积，A1——屈服极限(MPa)。12.2螺纹联接的预紧和防松控制预紧力的办法很多，通常是借助定力矩扳手或测力矩扳手。

定力矩扳手(见图)的原理是当拧紧力矩超过规定值时，弹簧被压缩，扳手卡盘与圆柱销之间打滑，卡盘无法继续转动。12.2螺纹联接的预紧和防松

测力矩扳手(见图)的原理是利用扳手上的弹性元件在拧紧力的作用下所产生的弹性变形的大小来指示拧紧力矩的大小。12.2螺纹联接的预紧和防松如上所述，装配时预紧力的大小是通过拧紧力矩来控制的，因此，应该从理论上找出预紧力和拧紧力矩之间的关系。如图所示，在拧紧螺母时，其拧紧力矩为

T=FL式中：F一作用在手柄上的力；

L--力臂长度。力矩T用于克服螺旋副的摩擦阻力矩T1和螺母环形端面与被联接件(或垫圈)支承面间的摩擦力矩T2即

当需精确控制预紧力或预紧大型的螺栓时，可采用测量预紧前后螺栓的伸长量或测量应变的方法控制预紧力。12.2螺纹联接的预紧和防松

12.2.2螺纹联接的防松螺纹联接件一般采用单线普通螺纹,螺纹升角(λ=1º42´～3º2´)小于螺旋副的当量摩擦角(ρv=6º30´～10º30´)。因此，联接螺纹都能满足自锁条件(λ<ρv)。此外，拧紧以后螺母和螺栓头部等支承面上的摩擦力也有一定的防松作用，所以在静载荷和工作温度变化不大时，螺纹联接不会自动松脱。

在冲击、振动或变载荷的作用下，或在工作温度急剧变化时，都会使预紧力减小，摩擦力降低,多次重复后就会使联接松脱。螺纹联接一旦出现松脱，轻者会产生振动等并影响机器的正常运转，重者会造成严重事故。因此。为了保证联接安全可靠，必须采取有效的防松措施。12.2螺纹联接的预紧和防松

防松的根本问题在于防止螺旋副在受载荷作用时发生相对转动。

防松的方法按其工作原理,可分为摩擦防松﹑机械防松和永久性防松等。一般来说,摩擦防松简单、方便,但没有机械防松可靠。对于重要的联接,特别是在机器内部的不易检查的联接,应采用机械防松。其具体方法见表12.2。目前还有一种利用嫌气型或厌氧型胶合剂进行防松，这种方法是在联接螺纹的配合面上渗入胶合剂，待胶合剂干固后使螺纹牙型的双面都产生摩擦力和粘合力，从而提高防松的可靠性。这种防松最大的好处是即使螺纹有了松动，螺栓与螺母间的止脱力量仍然没有减小。此外，在联接螺纹间充满胶合剂后，可以有效地隔绝空气，螺栓与螺母的配合面不易锈蚀。12.2螺纹联接的预紧和防松12.2螺纹联接的预紧和防松12.3螺栓联接的受力分析和强度计算12.3.1螺栓组联接的受力分析进行螺栓组联接受力分析的目的是:根据联接的结构和受载情况,求出受力最大的螺栓及其所受的力,以便进行螺栓联接的强度计算。

为了简化计算,在分析螺栓组联接的受力时,假设所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同;螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合;受载后联接接合面仍保持为平面。12.3螺栓联接的受力分析和强度计算(1)受横向载荷的螺栓组联接

如图所示为一由4个螺栓组成的受横向载荷的螺栓组联接。横向载荷的作用线与螺栓轴线垂直,并通过螺栓组的对称中心。12.3螺栓联接的受力分析和强度计算

式中z为螺栓数目。求得F后，校核螺栓联接的挤压强度与剪切强度。12.3螺栓联接的受力分析和强度计算对于普通螺栓联接，应保证联接预紧后，接合面间所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷。

假设各螺栓所需要的预紧力均为F0，螺栓数目为z，则其平衡条件为：式中f—接合面的摩擦因数,见表12.3;z—螺栓数目﹔i—接合面对数;Ks—防滑系数,Ks=1.1～1.3。或12.3螺栓联接的受力分析和强度计算(2)受转矩的螺栓组联接

如图所示,转矩T作用在联接接合面内,在转矩T的作用下,底板将绕通过螺栓组对称中心О并与接合面相垂直的轴线转动。为了防止底板转动,可采用普通螺栓联接,也可采用饺制孔用螺栓联接。其传力方式和受横向载荷的螺栓组联接相同。12.3螺栓联接的受力分析和强度计算采用普通螺栓时,靠联接预紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩T(见图a)。假设各螺栓的预紧程度相同,即各螺栓的预紧力均为F0,则各螺栓联接处产生的摩擦力均相等,并假设此摩擦力集中作用在螺栓中心处。

为阻止接合面发生相对转动,各摩擦力应与各该螺栓的轴线到螺栓组对称中心О的连线(即力臂)相垂直。根据作用在底板上的力矩平衡及联接强度的条件,应有12.3螺栓联接的受力分析和强度计算由上式可得各螺栓所需的预紧力为式中f—--接合面的摩擦因数,见表12.3;ri——--第i个螺栓的轴线到螺栓组对称中心О的距离;z——--螺栓数目﹔Ks—--防滑系数,同前。12.3螺栓联接的受力分析和强度计算采用铰制孔用螺栓时，在转矩F的作用下，各螺栓受到剪切和挤压作用，各螺栓所受的横向工作剪力和各该螺栓轴线到螺栓组对称中心O的连线(即力臂ri)相垂直(图b)。

为了求得各螺栓的工作剪力的大小，计算时假定底板为刚体，受载后接合面仍保持为平面，则各螺栓的变形量与各该螺栓轴线到螺栓组对称中心D的距离成正比。即距螺栓组对称中心O越远，螺栓的剪切变形量越大。如果各螺栓的剪切刚度相同，则螺栓的剪切变形量越大时，其所受的工作剪力也越大。12.3螺栓联接的受力分析和强度计算如图(b)所示,用ri、rmax分别表示第i个螺栓和受力最大螺栓的轴线到螺栓组对称中心О的距离;Fi

、Fmax分别表示第i个螺栓和受力最大螺栓的工作剪力,则得或根据作用在底板上的力矩平衡的条件得联解式(12.7)及式(12.8),可求得受力最大的螺栓的工作剪力为12.3螺栓联接的受力分析和强度计算

12.3螺栓联接的受力分析和强度计算12.3.2螺纹联接的强度计算螺纹联接的强度计算是螺纹联接设计的基础。计算的对象是螺杆,最终目的是确定螺纹的公称直径。由于螺杆上的螺牙及其他联接件的标准是按等强度原则制订的,所以对联接螺纹的螺牙一般不进行强度计算。螺母及其他螺纹联接件则是根据螺纹的公称直径,查取相应的标准。

螺栓的受力是强度计算的依据,下面分别讨论在不同情况下螺栓联接的强度计算问题。(1)受剪螺栓联接的强度计算在受横向载荷的饺制孔螺栓联接(见图)中,载荷是靠螺杆的剪切以及螺杆和被联接件间的挤压来传递的。12.3螺栓联接的受力分析和强度计算联接的失效形式有以下两种:①螺杆受剪面的塑性变形或剪断。

②螺杆与被联接件中较弱者的挤压面被压溃。

装配时只需对联接中的螺栓施加较小的预紧力,因此,可忽略接合面间的摩擦。

故联接的强度条件为挤压强度的计算对象要根据具体的联接结构和各零件的材料来确定。在图中,应取两个被联接件和螺杆三者中h、[ρ]p小者为计算对象。12.3螺栓联接的受力分析和强度计算(2)受拉螺栓联接的强度计算

受拉螺栓联接的主要失效形式是螺杆螺纹处的塑性变形或断裂。1)只受工作载荷的螺栓强度计算

如图所示为只受工作载荷的螺栓联接的一个实例。这种联接装配时不拧紧,螺栓只有在工作时才受拉力F作用,故又称松螺栓联接。忽略零件的自重,螺栓的强度条件为12.3螺栓联接的受力分析和强度计算2)只受预紧力的螺栓强度计算

受拉的紧螺栓联接在装配时必须拧紧,因此在承受工作载荷之前,螺栓就受一定的预紧力(轴向拉力)。这种联接既能承受静载荷,又能承受变载荷。如图所示为只受预紧力作用的紧螺栓联接。该联接受横向工作载荷Fs作用,Fs的方向与螺栓轴线垂直。其工作原理是:将联接拧紧,利用被联接件接合面间压力所产生的摩擦力来传递横向外载荷。根据力平衡条件有12.3螺栓联接的受力分析和强度计算由上式得

12.3螺栓联接的受力分析和强度计算

由上式得

四、受翻转(倾覆)力矩M作用的螺栓组连接

图示为另一种底板螺栓连接。这种连接采用普通螺栓，拧紧后螺栓受预紧力作用。

假设被连接件是弹性体，但其接合面始终保持为平面，在M作用下底板有绕通过螺栓组形心的轴线0-0翻转的趋势。

根据接合面始终保持为平面的假设，在这一组螺栓中，离0-0轴线越远的螺栓变形越大(仅指0-0轴线左侧的螺栓)，则螺栓所受的轴向载荷也越大，轴向载荷的大小与螺栓到0-0轴线的距离成正比。即

显然，0-0轴线左侧的底板在各螺栓处受到的轴向反力与0-0轴线右侧的底板所受到的不均匀分布的反力对0-0轴线的力矩之和，应当与外加的翻转力矩M相平衡。

当螺栓为对称布置时，底板所受到的总反力矩可以视为0-0轴线左侧各力(Fi、Fmax)对0-0轴线的力矩之和的两倍，即：将式代入上式中，有

§14－7螺栓连接的强度计算

螺栓的小径及其它各部分尺寸是根据等强度原则及使用经验规定的。一般情况下，除小径外，其余部分都不需要进行强度计算。螺栓连接的计算，主要是确定螺栓的小径并按标准选出螺栓的规格，或按已知的螺栓尺寸来校核其强度。一、受拉螺栓连接

在计算螺栓的强度时，一般取螺纹小径圆截面为危险截面。(一)松螺栓连接

这种连接(见图)只能承受静载荷，螺栓在工作时才受拉力F的作用。图示的起重滑轮螺栓，其螺栓部分的强度条件为：(二)紧螺栓连接

这种连接既能承受静载荷，也能承受变载荷。1．螺栓仅受预紧力的连接图a所示的螺栓连接中，螺栓的螺纹部分受预紧力F’和螺纹力矩的作用。这时螺栓危险截面(即螺纹小径d，处)除受有拉应力外，还受有螺纹力矩T1所引起的扭转剪应力τT，

由于螺栓是塑性材料，在拉伸正应力和扭转剪应力同时作用下，可依第四强度理论得到螺纹部分的强度条件为：式中[σ]——紧连接螺栓的许用应力，MPa。

由此可见，紧连接螺栓的强度可以按纯拉伸计算，但需将拉力增大30％，以考虑螺纹力矩的影响。

普通螺栓连接是靠接合面间的摩擦力来传递横向载荷的。这种连接在冲击、振动或变载荷下不够可靠，而且所需螺栓直径也较大，因为螺栓受的力大。

例如，当接合面对数为1时，一个螺栓为产生摩擦力R’所需要具有的预紧力，当fs=0.2、kf=1.1时，F′=5.5R′。但是，由于构造简单和装配方便，这种连接也常被采用。

为了避免上述缺点，可采用各种抗剪件来传递横向力，如图所示。

近年来发展了高强度螺栓摩擦连接，螺栓材料的高达1200MPa(一般螺栓材料的σB为800～1000MPa)，螺栓经强力拧紧后预紧力可以达到(O.75～0.85)σS

甚至更高；

再经喷砂、喷丸、火焰清理、适当生锈再刷去浮锈等方法增大接合面间的摩擦系数；改进连接的结构型式及螺栓的布置，合理选取螺母和垫圈的材料，以增大连接的摩擦力。这种连接在桥梁、建筑等钢结构中应用较广。

接合面间的摩擦系数依被连接件的材料及接合表面状态的不同由表查取。

2．螺栓既受预紧力又受轴向工作载荷的连接

若分析时考虑到被连接件也是弹性体，则连接中各零件的受力关系属于静不定问题。

拧紧后螺栓受预紧力F’，工作时还受到由被连接件传来的工作载荷F(见图)。

但螺栓的总拉力F0在一般情况下并不等于F’与F之和。当应变在弹性范围之内时，可以根据静力平衡条件和变形协调条件进行分析。

图b所示为螺栓被拧紧后而连接尚未承受工作载荷时的情况。根据静力平衡条件，螺栓所受的拉力应与被连接件所受的压力大小相等，均为F’。

用c1和c2分别表示螺栓和被连接件的刚度，则螺栓的伸长量为；被连接件的缩短量为。

螺栓与被连接件的受力和变形还可以用图线来表示。图a为这时螺栓与被连接件的受力和变形的关系曲线。

将螺栓与被连接件的力-变形曲线合并，得到b图。图14—23c和图14—24c是螺栓受工作载荷时的情况。这时，螺栓受到总拉力F0作用，其拉力增量为F0-F′，伸长增量为么△δ1；而被连接件则随之舒展放松，其压力减少到剩余预紧力F″，压力减量为F′-F″，压缩量的减量为△δ2

。根据螺栓的静力平衡条件有：

上式表明，螺栓的总拉力为工作载荷与被连接件给它的剩余预紧力之和。依螺栓与被连接件的变形协调条件有：

式(14—29)是螺栓总拉力的另一种表达形式。即螺栓的总拉力等于预紧力加上部分工作载荷。总拉力F0的大小与相对刚度有关，当c2》c1时，F。≈F’；当c2《c1时，F0=F’+F。由此可见，当连接的载荷很大时，不宜采用刚性小的垫片。

相对刚度的大小，与螺栓和被连接件的材料、结构、尺寸及工作载荷作用位置、垫片等因素有关，可以通过计算或试验得到。

在一般设计计算中，当被连接件为钢或铸铁件时，可不必计算c1和c2值，而直接从表中选取相对刚度的值。

通常，连接是在受工作载荷之前拧紧的，螺纹力矩为。为了安全，考虑到在实际使用中可能会在工作载荷下被补充拧紧(这应尽量避免)，螺纹力矩则为。于是，螺栓中螺纹部分的强度条件为：

图示为当螺栓轴向工作载荷过大时，连接出现缝隙的情况，这是不允许的。显然，F”应大于零，以保证连接的刚性或紧密性。

表中给出了剩余预紧力的推荐值。对于压力容器的紧密连接，应保证密封面剩余预紧压强P”为压力容器工作压力P的(2～3．5)倍。

对于仅受轴向工作载荷的螺栓连接，设计时通常是先求出工作载荷F，然后根据连接的工作要求选择F″，再由式(14—26)求出F0，以计算螺栓的强度。

至于为保持F″所需要的F′则可由式(14—28)求出。当F和F′已知时，可用式(14—29)求出F0，用式(14—27)计算出F″以便检查是否达到需要值。

式(14—30)适用于受静载荷作用的螺栓连接的强度计算。当螺栓受变载荷作用时，需按应力幅来计算，并验算静载下的强度。

由图知，当工作载荷在O到F之间变化时，螺栓拉力在F′到F0之间变化。影响受变载荷作用的零件疲劳强度的主要因素是应力幅。螺栓的拉力变幅为因此，螺纹部分的强度条件为式中[以]——螺栓的许用应力幅。二、受横向载荷作用的铰制孔用螺栓连接

铰制孔用螺栓连接在受到横向载荷R作用时(见图)，连接的主要失效形式是：钉杆被剪断以及钉杆与孔壁间的挤压应力使得连接中较弱的材料(多为板孔)压溃。计算时，螺栓的预紧力及结合面间的摩擦力可忽略不计。

设螺栓每个受剪面所受的剪力为Fs，则螺栓杆截面的剪切强度条件为：

螺栓杆与螺栓孔壁间的挤压应力σp及强度表达式为：

考虑到各零件的材料和受挤压长度可能不同，应取δmin与，之乘积小的为计算对象。

三、螺纹连接的许用应力

螺纹连接的许用应力与许多因素有关，如螺栓的材料、热处理工艺、构造尺寸、载荷性质、工作温度、加工装配质量、使用条件等，在确定许用应力时必须综合考虑上述各因素。

一般机械设计时可参照表14—9～表14—12来确定许用应力及安全系数。

从表14—9可以看出，在轴向静载荷作用下，螺栓不控制预紧力时的安全系数S值随螺栓直径的不同而不同。

在设计时，只能采用试算法。即先假定螺栓直径的范围(如假设所选螺栓的直径在M6～M16之间或在M16～M30之间)，然后取安全系数的平均值来进行设计，从而得到所需的螺栓直径。

若算出的螺栓直径不在最初假设的范围之内，则需重新假设螺栓直径的范围，重新选取安全系数再次进行设计。显然。这种方法比较麻烦．给设计工作增加了困难。

下面介绍一种简化计算的方法，可以一次得到所需螺栓的直径。这个方法叫做“假想危险断面面积法”。

由式(14—30)知，在轴向静载荷作用下，螺栓的强度条件为：

设计时，F0已经计算出来；当螺栓材料确定之后，σs也就知道了。

于是，所需的假想危险断面面积As就可以求出来。我们把常用的M6～M48螺栓在轴向静载荷作用下的安全系数，按螺栓直径的不同用插值法计算出来，并算出每种螺栓直径所对应的假想危险断面面积As之值，列成表14—13。

使用时，按所需的As值，从表14—13中就可以查出应选的螺栓直径，免去了试算的麻烦，简化了设计过程。【例14—1】己知一螺栓所受总拉力为8320N，试确定其直径。【解】1．确定螺栓的强度级别及材料依表14—4，选螺栓的强度级别为5．6级，材料为35钢，其σs=300MPa2．确定螺栓直径按不控制预紧力考虑，所需的假想危险断面面积为由表14—13知，应选M16的35钢普通螺栓，其As=50.1lmm2＞36.053mm2【例14-2】图14—27所示为一凸缘联轴器，上半图表示采用铰制孔用螺栓连接，下半图表示采用普通螺栓连接。螺栓中心圆直径D1=195mm，凸缘厚度H=26mm，联轴器传递的扭矩T=1.1×106N·mm；联轴器材料为ZC35正火，其σs=280MPa；试确定采用普通螺栓及铰制孔用螺栓时所需的螺栓直径。计算时取kf=1.2。【解】

一、按采用普通螺栓连接计算

1．计