单个螺栓连接的受力分析和强度计算

受 力 分 析

计算内容

计算公式

许用应力

受轴向载荷F的松螺栓连接

松螺栓连接的特点是，螺栓连接不需要预紧，加上轴向载荷F后，螺栓才受力

计算松螺栓的拉伸应力

式中　F——轴向载荷，N；

σ_lp——螺栓的许用拉应力，MPa

许用拉应力：

式中　σ_s——螺栓材料屈服点，见表螺纹连接件常用材料及力学性能

只受预紧力F' 的紧螺栓连接

承受横向载荷R的普通螺栓连接，其工作原理是拧紧螺栓后，靠接合面间产生的摩擦力来平衡外载荷。这时螺栓只受预紧力F'。此时的螺栓受到拉应力与拧紧螺栓时的扭转切应力的共同作用，相当于受到复合应力的作用

计算紧螺栓的拉伸应力

由于复合应力大约为拉应力的1.3倍，为了简化计算，其计算仍按拉应力计算，但需把拉应力扩大30%，以此来计入扭转切应力的影响

式中　F' ——螺栓所受预紧力，N；

σ_1p——螺栓的许用拉应力，MPa

许用拉应力：

式中　σ_s——螺栓材料屈服点，见表螺纹连接件常用材料及力学性能；

S_s——安全系数，见表预紧连接的螺栓安全系数S_s

既受预紧力F' 又受轴向载荷F的紧螺栓连接

其工作情况是拧紧螺栓后，再加上轴向载荷F，相当于螺栓连接既受预紧力F'，又受轴向载荷F的作用，螺栓的最大拉伸力为F₀，根据此时螺栓和被连接件的受力变形图可知：

式中　F" ——螺栓的剩余预紧力，见表受轴向载荷时预紧螺栓连接所需剩余预紧力F" 及螺栓连接的相对刚度系数；

——相对刚度系数，见表受轴向载荷时预紧螺栓连接所需剩余预紧力F" 及螺栓连接的相对刚度系数

计算紧螺栓的拉伸应力

如果所加轴向载荷F为静载荷时，按紧螺栓所受最大拉应力计算

式中　F₀——螺栓所受最大拉伸力，N；

σ_lp——螺栓的许用拉应力，MPa，

如果所加轴向载荷F为变载何时，除了按紧螺栓所受最大拉伸应力计算外，还要计算螺栓的应力幅

式中　σ_ap——许用应力幅，见表螺栓许用应力幅计算公式

C_L——连接件刚度；

C_F——被连接件刚度，见表被连接件刚度C_F计算式

许用应力幅：

式中　ε——尺寸因数；

K_t——螺纹制造工艺因数；

K_u——受力不均匀因数；

K_σ——缺口应力集中因数；

S_a——安全因数；

σ_-1t——试件的疲劳极限，见表螺纹连接件常用材料及力学性能

受横向载荷F_s作用的铰制孔螺栓连接

铰制孔螺栓连接受横向载荷F_s作用时，铰制孔螺栓受到剪切作用；铰制孔螺栓、被连接件1和2三者均受到挤压作用，当三者材料相同时，取挤压高度最小者为计算对象，当三者材料不相同时，取三者材料中挤压强度最弱者为计算对象

计算铰制孔螺栓的切应力计算铰制孔螺栓、被连接件1和2三者的挤压应力

式中　τ_p——螺栓的许用切应力，MPa；

d₀——铰制孔螺栓受剪处直径，mm；

m——铰制孔螺栓受剪面数

挤压应力计算：

式中　δ——受挤压的高度，mm；

σ_pp——最弱者的许用挤压应力，MPa

静载荷时许用切

变载荷时许用切

静载荷时许用挤压应力：

如是变载荷，将静载荷许用挤压应力值乘以0.7～0.8