1、螺栓组联接的设计设计步骤： 1 螺栓组结构设计2 螺栓受力分析3 确定螺栓直径 4 校核螺栓组联接接合面的工作能力5 校核螺栓所需的预紧力是否合适确定螺栓的公称直径后，螺栓的类型，长度，精度以及相应的螺母，垫圈等结构尺寸，可根据底板的厚度，螺栓在立柱上的固定方法及防松装置等全面考虑后定出。 1. 螺栓组联接的结构设计螺栓组联接结构设计的主要目的，在于合理地确定联接接合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求各螺栓和联接接合面间受力均匀，便于加工和装配。为此，设计时应综合考虑以下几方面的问题：1）联接接合面的几何形状通常都设计成轴对称的简单几何形状，如圆形，环形，矩形，框形，三角形等。这样不但便于加工
2、制造，而且便于对称布置螺栓，使螺栓组的对称中心和联接接合面的形心重合，从而保证接合面受力比较均匀。2）螺栓的布置应使各螺栓的受力合理。对于铰制孔用螺栓联接，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置八个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均。当螺栓联接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近联接接合面的边缘，以减小螺栓的受力（下图）。如果同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，应采用销，套筒，键等抗剪零件来承受横向载荷，以减小螺栓的预紧力及其结构尺寸。接合面受弯矩或转矩时螺栓的布置3）螺栓排列应有合理的间距，边距。布置螺栓时，各螺栓轴线间以及螺栓轴线和机体壁间的最小距离，应根据扳手所需活动空间的大小来决定。
3、扳手空间的尺寸（下图）可查阅有关标准。对于压力容器等紧密性要求较高的重要联接，螺栓的间距 t0 不得大于下表所推荐的数值。扳手空间尺寸 螺栓间距 t0 注：表中 d 为螺纹公称直径。4）分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成 4，6，8 等偶数，以便在圆周上钻孔时的分度和画线。同一螺栓组中螺栓的材料，直径和长度均应相同。5）避免螺栓承受附加的弯曲载荷。除了要在结构上设法保证载荷不偏心外，还应在工艺上保证被联接件，螺母和螺栓头部的支承面平整，并与螺栓轴线相垂直。对于在铸，锻件等的粗糙表面上应安装螺栓时，应制成凸台或沉头座（下图 1）。当支承面为倾斜表面时，应采用斜面垫圈（下图 2）等。 图 1 凸台
4、与沉头座的应用 图 2 斜面垫圈的应用2. 螺栓组联接的受力分析1)受横向载荷的螺栓组联接2)受转矩的螺栓组联接3).受轴向载荷的螺栓组联接4)受倾覆力矩的螺栓组联接 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。下面针对几种典型的受载情况，分别加以讨论。1)受横向载荷的螺栓组联接 回首部图所示为一由四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，
5、并通过螺栓组的对称中心。当采用螺栓杆与孔壁间留有间隙的普通螺栓联接时（图 a）。靠联接预紧后在接合面间产生的摩擦力来抵抗横向载荷；当采用铰制孔用螺栓联接时（图 b），靠螺栓杆受剪切和挤压来抵抗横向载荷。虽然两者的传力方式不同，但计算时可近似地认为，在横向总载荷F的作用下，各螺栓所承担的工作载荷是均等的。因此，对于铰制孔用螺栓联接，每个螺栓所受的横向工作剪力为 （5-23） 式中 z 为螺栓联接数目。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 Qp，螺栓数目为 z，则其平衡条件为 或 （5-24） 图:受横向载荷的螺栓组联接
6、式中：f接合面间的摩擦系数，见下表；i接合面数（图中，i=2）；Ks防滑系数，Ks=1.11.3。由式（5-24）求得预紧力 Qp，然后按式（5-14）校核螺栓的强度。联接接合面间的摩擦系数被联接件 接合面的表面状态 摩擦系数 f干燥的加工表面 010-0.16钢或铸铁零件有油的加工表面 006-010轧制表面，钢丝刷清理浮锈030-035涂富锌漆 035-040钢结构 喷砂处理 045-055钢铁对砖料，混凝土或 干燥表面 040-045木材2)受转矩的螺栓组联接回首部如下图所示，转矩 T 作用在联接接合面内，在转拒 T 的作用下，底板将绕通过螺栓组对称中心 O 并与接合面相垂直的轴线转动。
7、为了防止底板转动，可以采用普通螺栓联接，也可以采用铰制孔用螺栓联接。其传力方式和受横向载荷的螺栓组联接相同。 图： 受转矩的螺栓组联接 采用普通螺栓时，靠联接领紧后在接合面间产生的摩擦力矩来抵抗转矩T。假设各螺栓的预紧程度相同，即各螺栓的预紧力均为 Qp，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由上式可得各螺栓所需的预紧力为 【525】 式中：f接合面的摩擦系数，见表； ri第 i 个螺栓的轴线到螺栓组对称中心 O 的距离； z 螺栓数目； Ks 防滑系数，同前。 由上式求得预紧力 Qp，然后按式 （514）校
8、核螺栓的强度。 采用铰制孔用螺栓时，在转矩 T 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 r。）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。则各螺栓的剪切变形量与各该螺栓轴线到螺栓组对称中心 O 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。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 O 的距离；Fi、Fmax。分别表示第 i
9、 个螺栓和受力最大螺栓的工作剪力，则得 【526】 根据作用在底板上的力矩平衡的条件得 即 . 【527】 联解式（526）及（527），可求得受力最大的螺栓的工作剪力为 【528】图所示的凸缘联轴器，是承受转矩的螺栓组联接的典型部件。各螺栓的受力根据 r1r2rz 的关系以及螺栓联接的类型，分别代人式（525）或（528）即可求得。 3).受轴向载荷的螺栓组联接 回首部 下图为一受轴向总载荷 F的汽缸盖螺栓组联接。F 的作用线与螺栓轴线平行，并通过螺栓组的对称中心 O。计算时，认为各螺栓平均受载，则每个螺栓所受的轴向工作载荷为 图：受轴向载荷的螺栓组联接 4)受倾覆力矩的螺栓组联接 回首部
10、下图 a 为一受倾覆力矩的底板螺栓组联接。倾覆力矩 M 作用在通过 xx轴并垂直于联接接合面的对称平面内。底板承受倾覆力矩前，由于螺栓已拧紧，螺栓受预紧力 Qp，有均匀的伸长；地基在各螺栓的 Qp 作用下有均匀的压缩，如图 b 所示。当底板受到倾覆力矩作用后，它绕轴线 OO 倾转一个角度，假定仍保持为平面。此时，在轴线 OO 左侧，地基被放松，螺栓被进一步拉伸，在右侧，螺栓被放松，地基被进一步压缩。底板的受力情况如图 c 所示。图:受倾覆力矩的螺栓组联接 联接接合面材料的许用挤压应力p,可查下表。 表:联接接合面材料的许用挤压应力p 注：l）s 为材料屈服权限，MPa; B 为材料强度极限,M
11、Pa。 2）当联接接合面的材料不同时，应按强度较弱者选取。 3）联接承受载荷时，p 应取表中较大值；承受变载荷时，则应取较小值计算受倾覆力矩的螺栓组的强度时，首先由预紧力 Qp、最大工作载荷 Fmax确定受力最大的螺栓的总拉力 Q,由式（518）得 【538】 然后接式（ 519）进行强度计算。 确定螺栓直径 回首部 首先选择螺栓材料，确定其性能等级，查出其材料的屈服极限，并查出安全系数，计算出螺栓材料的许用应力= s/S。 根据以下公式计算螺纹小径 d1： 最后按螺纹标准，选用螺纹公称直径。 螺纹联接件的材料 适合制造螺纹联接件的材料品种很多，常用材料有低碳钢 Q215、10 号钢和中碳钢
12、Q235、35、45 号钢。对于承受冲击、振动或变载荷的螺纹联接件，可采用低合金钢、合金钢，如 15Cr、40Cr、30CrMnsi 等。对于特殊用途（如防锈蚀、防磁、导电或耐高温等）的螺纹联接件，可采用特种钢或铜合金、铝合金等。 表：螺栓的性能等级（摘自 GB 3098.1-82） 注:规定性能等级的螺栓、螺母在图纸中只标出性能等级，不应标出材料牌号。 表:螺母的性能等级（摘自 GB 3098.2-82） 4.校核螺栓组联接接合面的工作能力，是根据实际情况，对螺栓进行强度校核。5.校核螺栓所需的预紧力。采用公式为：碳素钢螺栓 合金钢螺栓 式中：s螺栓材料的屈服极限； A1螺栓危险截面的面积。
