螺栓連接設計

1、螺栓連接設計螺栓連接設計普通螺栓連接在一些受靜力載荷 或間接動力截荷不大的構件上，可以使用普通螺栓連接。這種螺 栓用普通低碳鋼制作，如 Q235和Q345鋼螺栓。而與之相配的螺孔比螺栓直徑大12mm一般是大2mm由于強度低，施加擰緊力矩小，接觸面壓力和連接面磨擦力小，在垂直于 螺栓方向力作用下，連接面易產(chǎn)生滑動，這時應考慮使用鉸制孔螺栓，通過孔與螺栓的配 合，螺栓受剪力傳遞作用力，但這種連接造價高，安裝不容易，只在不得以時使用。普通螺栓連接只在不重要的構件中使用，螺栓的許用承載能力抗拉許用承載能力F拉d24-拉抗剪許用承載能力F=_S_Z_K剪d24:抗壓許用承載能力F壓=h；U|.壓d 螺栓

2、有效直徑d0孔徑-拉螺栓材料許用拉伸應力一拉=0飛一 一 L壓板材的許用承壓應力一壓=I泓-只要板材孔壁不擠壞，螺栓就不會因承壓而破壞。1.匯一用于鉸制孔時。 螺栓的許用剪切應力，一般取Ui_ -式中的-一一為該材料的根本許用應力根本許用應力等于材料的屈服應力S除以平安系數(shù)n而得即：_ 一二s.- n各國平安系數(shù)n如表平安系數(shù)n是包含了無法預計到的超載，計算方法不精確，材料的不可估缺陷，載荷計算的誤差 等原因。以上為材料，因屈服限接近破斷限，強度儲藏較少，標準規(guī)定其材料的強度極限應力不能取，而應為極=s OJ b2，這時_ = 極/n在受剪力時，為防止板邊端被螺栓剪出，因此，應有足夠的邊距a見

3、圖a> 1.2 1.6d0剪力為主時，應取大值，當使用標準孔徑時，可以參照下表選用孔徑dOmm 12 1416amm 18 22 2518 20 22 24 26 28 30也可按下式計算28 31 35 38 42 45 48品_.壓，各符號以上已有說明。二、高強度螺栓連接我公司最常用有二種型式：磨擦型高強度螺栓連接和法蘭式高強度螺栓連接。1.磨擦型高強度螺栓連接設計這種連接是借助螺栓的張力使連接件之間產(chǎn)生巨大的壓緊力，依靠彼此間的磨擦力傳 遞載荷。為了獲得巨大的壓緊力，所以高強度螺栓材料必須選用優(yōu)質(zhì)碳素鋼，常用有45號鋼、40B 20MntiB。經(jīng)熱處理，其抗 拉強度前者超過800N

4、/mm2屈強比首/ h = 0.8稱之為8.8級。后者超過1000N/mm2屈強比 L h = 0.9稱之為10.9級。與之相配的螺母、 墊圈均采用45號鋼熱處理。螺栓孔必須為鉆孔，孔徑可按比螺栓公稱直徑大10%對剪壓型孔徑應小些，比螺栓直徑大7溉右，以免使連接滑動過大。孔邊距a可以參照上表孑L中心距b建議不小于2d,最好是3d，也不得小于還要注意不能小于高強度螺栓拔 手的空間。N由一個緊固件傳遞到關鍵連接零件的力1 關鍵連接件的最小抗拉強度關鍵連接件的厚度 d螺栓直徑磨擦型構件連接計算和設計：構件的截面。即：翼板寬B,腹板高H,腹板厚度腹，翼板厚翼以及材料。232Nd，ti 2設計該構件的高

5、強度連接接頭。(1) 接頭的間隙C值，一般為34mm以二斷面不相對碰撞為宜。(2)翼板連接板的寬度B1和厚度 的設計。B1小于箱型斷面二腹板的角焊縫邊緣的距離，設角焊縫為 C1,建議B仁B -2C1-10(mm) ,1必須大于1比 翼，可以從下面關系式求出：(1.05L11B 翼=拙1 1 i二塊連接板時】1-訂.:月L1；七 翼/2B1(3) 腹板連接板B2和厚度 2的設定B2=H-2C1-10 (mm)2必須大于腹，可以從下面的關系式求出(1.05LliH 腹-2E22【二塊連接板時)2訂藥11)11 腹2B2(4) 根據(jù)翼和腹初步確定高強度螺栓直徑d公司有規(guī)定，受力螺栓不得使用小于M16

6、,假設母材是Q235鋼，建議用8.8級高強度螺栓；假設母材是Q345鋼，建議用10.9級高強度螺栓。(5) 高強度螺栓數(shù)量n的決定，(連接板半邊的高強度螺栓數(shù)量n)設一個高強度螺栓連接(二塊連接板時)所能傳遞的摩擦力為 Fi，按照連接接頭與母材, 等強度可得：匸Fi=B 翼 宮；或】1 腹、；n.-B 翼 切匚或 腹s/Fi最后完整n可以布置應放大1020%設計時根據(jù)構件重要程度，將其數(shù)量放大。Fi 的求解：設高強度螺栓預緊力為 FN連接板與母材之間的摩控系數(shù)為f ,摩擦面如圖，二塊連接板為2,那么Fi=2Fn fFN確實定一一根據(jù)高強度螺栓的級別和直徑d定，一般預緊力控制在材料屈服限的0.6

7、0.7倍FN=0.6 【LfiM s AS 螺栓有效面積 S螺栓材料的屈服限8.8 級， S= 640660Mpa 10.9級 S= 900940MPa各直徑螺栓的有效截面 ASM16 M18 M20 M22 M24 M27 M30 M36AS=157mm2 AS=192mm2 AS=245mm2 AS=303mm2 AS=353mm2 AS=459mm2 AS=561mm2 AS=817mm28.8 級和10.9級各螺栓預緊力FN和預緊力矩 MK值如下表MK-KFNd N m cl mm FN-RNK擰緊力矩系數(shù)K 系數(shù)是與螺母接觸面外表狀況以及螺栓本身有關的系數(shù)，在使用高強度螺栓用擰緊力矩

8、法時，應了解該螺栓的K值，假設無，應對同批螺栓抽樣試驗獲取，一般K值取0.120.17之間，假設螺母端面與墊圈間有潤滑時可取小值。連接板與母材之間的摩擦系數(shù) f,與連接面的處理狀況有關，可以按下表選用摩擦系數(shù)f值一邊螺栓的排除23,假設布置后，總nFi不與結(jié)構連接板等強度時，可以考慮加大螺 栓直徑，重新調(diào)整。6關于重復使用10.9 級和鍍鋅的8.8級高強度螺栓不得重復使用，而其他8.8級螺栓經(jīng)負責工程師批準后可以重復使用注：在施預緊過程中，因其他螺栓被預緊而使相鄰的螺柱松動，重復擰緊不應認為是 重復使用。(7)為什么高強度螺栓連接要使用硬墊圈，不能采用彈性墊圈。由上面圖可見在擰緊螺栓產(chǎn)生預拉力

9、 FN作用下，那么螺栓被拉長-1,設螺柱的剛度 C螺，同時在FN作用下，連接板受壓被壓縮-F,設板的剛度系數(shù)為 C板，貝V： FN= C螺=C板P由于通常板之間的受壓面積比螺栓的面積大49倍C螺C板因此，高強度螺栓連接在受到螺栓方向拉力F時，高強度螺栓拉力會增大，同時連接板間的壓力會減小。螺栓在原來預緊力下的拉伸1根底上再伸長 r ,而連接板原來的壓縮量p回復-1.1.這時，螺栓和板中的力將重新分配，由圖螺栓中的拉力增至F'N=FN+''1 F _螺栓增加力板中的壓力減少至F'P=-FN+連接板間壓力減小值而1；1 =(螺而阡 ?11 = (0.1 = (0.9

10、 0.8)F可見，高強度螺栓連接中，如果墊圈不硬，剛度C板低，那么在外力F作用下，螺栓受到的增加力會很大。因此，C板越大越有利，假設被連接件的剛度是螺栓剛度的9倍時，當加的F力與螺栓原先預拉力 FN相當時，那么螺栓的內(nèi)拉力只是 增加了 FN的1/10,只有在C板=C時，F(xiàn)= FN時，螺栓才會受到1.5FN力(8)高強度螺栓連接接頭設計除了上述的連接件外表處理要求，螺栓的扭矩系數(shù)，螺栓的擰緊力矩(即螺栓預緊力)外，還應有如下要求a. 接頭二邊的結(jié)構應留有 300500mn左右長度范圍(這個范圍要大于連接板連接區(qū) 域)內(nèi)面板與腹板焊縫不要焊，待高強度螺栓連接后，才對面板與腹板焊縫施焊，才能保證連接

11、板與構件接觸得更好。b. 4個角處的縫隙要填補，可以用金構膠填補，防雨水進入。2.法蘭高強度螺栓連接(1)高度螺栓直徑的設計設翼板范圍布置n翼個螺栓，假設選用8.8級，在B和 面時，可以初定高強螺栓 直徑d根據(jù)等強度設計:Z £ AsXn翼=3 面 $板ASE 面、板S 翼(mm2) 由AS查出dAS螺栓的斷面積，2 S螺栓的屈服強度，兒止2 %板一一板材的屈服強 度，N/mm2 B面板寬度，汕翼一一面板的厚度同樣也可解腹板范圍的螺栓數(shù)量和需要的螺栓直徑，從面板連接和腹板連接解出螺栓 直徑中，取較大的直徑。(2) 根據(jù)螺栓直徑d,按板和空間要求和焊腳的高度，決定a,以及螺孔到邊緣的尺

12、寸。(3) 求解法蘭板的厚度，初步可按以下方法決定s板面a2S板Bl 26假設連接板與母材同材料，那么:汨面aB1由本式得出的法蘭板厚度往往是較厚的，因為它是按等強度計算而得，實際桿件的斷 面根據(jù)結(jié)構定，比擬大，而實際受力小。因此，初步計算得的法蘭板厚度可根據(jù)實際適當減小些，假設以受拉力為主的構件， 取大值。為了減小 值，要盡量減小a,只要扳手空間通得過，盡量取小的a 值?？椎闹行木嗪瓦吘嗫蓞⒄丈鲜鲆?guī)定選用。4這種連接型式，如果同時受到較大剪力時，應設計抗剪塊二塊法蘭板之間用抗剪塊傳遞剪力，使剪力不是通過二塊板的摩擦力傳遞，因為這種連接面之間，摩擦面之間的摩擦系數(shù)小，又由于受到軸向力，會使二個法蘭間的壓力減小，從而破壞摩擦傳遞作 用的可靠性。5這種連接在受到軸向拉力時，高強度螺栓張力是如何增加呢？設螺栓事先預緊力為FN,螺栓總數(shù)量為n。在受軸向力F，1板拉應力為，那么連接接頭受到總拉力f = b 1匚：在F力作用下，C板一連接法蘭的剛度，一般為螺栓的49倍