3.3单个螺栓的强度计算
单个螺栓的强度计算
单个螺栓的强度计算见表2.1-8。
表2.1-8 单个螺栓强度计算公式
| 类型 | 计算项目 | 计算公式 | 说 明 | |
| 受轴向载荷的松螺栓联接 | 确定螺栓直径d1 |  |
F—螺栓所受轴向载荷 ðp—许用拉应力； ðs— 螺栓屈服点； Ss—安全因数，Ss= 1.2〜1.7; d1—螺纹小径 |
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| 受轴向载荷的紧螺栓联接 | 静载荷 | 螺栓所受的总拉力 |  |
Fo—螺栓总拉力； F″—剩余预紧力，推荐值见表2.1-9; 控制预紧力时，Ss = 1.2〜1.5; 不控制预紧力时，Ss 见表 2.1-10 |
| 螺栓危险截面强度校核 |  |
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| 确定螺栓直径d1 |  |
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| 变载荷 | 校核最大应力 |  |
Ss—最大应力安全因数，控制预紧力时，Ss=1.2-1.5;不控制预紧力时，见表2.1-10; ða—变载荷紧螺栓联接应力幅； Cb—螺栓的刚度； Cm—被联接件刚度； Cb/Cb+Cm—螺栓相对刚度，见表 2.1-11; ðap—许用应力幅； e—尺寸因数，见表 2.1-12； Kð—疲劳缺口因数， 见表 2.1-13; Kt—螺纹制造工艺因数，切制Kt=1; 滚制、搓螺纹Kt=1.25; Ku一受力不均匀因数，受压螺母Ku=1;受拉螺母Ku=1.5〜1.6； Sa一应力幅安全因数，不控制预紧力时，Sa=2.5-5。控制预紧力时Sa=1.5-2.5； ð-1T—试件的对称循环疲劳极限，见表2.1-14 |
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| 校核应力幅 |  |
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| 受横向载荷的螺栓 | 普通螺栓 | 螺栓危险截面强度校核 |  |
F—螺栓的预紧力，根据螺栓受力求出， 见表2.1-3; 控制预紧力时，Ss=1.2-1.5; 不控制预紧力时，Ss见表2.1-10 |
| 确定螺栓直径d1 |  |
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| 铰制孔螺栓 | 螺栓的切应力 |  |
Fs—螺栓所受横向载荷，见表2.1-3; m—螺栓受剪面个数； do—螺栓受剪面直径（可取为螺栓孔直径）； tp—许用切应力， 静载tp=ðs/2.5 变载tp=ðs/3.5-5 ð—计算对象的受压高度； ðpp—计算对象的许用挤压应力， 静载：钢ðpp=ðs/1.25 铸铁ðpp=ðb/2-2.5 变载：将静载的许用值再降低20%〜30% |
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| 螺栓杆与孔壁的挤压应力 |  |
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| 受偏心载荷的预紧联接 | 螺纹应力截面上的最大拉应力 |  |
As—螺纹的应力截面积 (mm2); ds—螺纹应力截面的直径(mm); F∑—轴向拉力（N); e—偏心距（mm); ðp—螺栓的许用拉应力  |
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| 受复合载荷的预紧联接 | 螺栓危险截面强度校核 |  |
ðe—当量应力（MPa); ðp—螺栓的许用拉应力 (MPa); d—螺杆直径（mm); F∑—轴向总拉力（N); Ft—横向总剪切力（N)  |
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表2.1-9 剩余预紧力F″推荐值
| 联接情况 | F″ | |
| 紧固联接 | 工作拉力无变化 | (0.2 〜0.6) F |
| 工作拉力有变化 | (0.6 〜1.0) F | |
| 紧密联接 | (1.5〜 1.8) F | |
| 地脚螺栓联接 | > F | |
注：应保证密封面剩余预紧力的压强为压力容器工作压强的2〜3.5倍。
表2.1-10 预紧联接螺栓的安全因数Ss(不控制预紧力）
| 材料种类 | 静载荷 | 变载荷 | ||||
| M6-M16 | M16-M30 | M30-M60 | M6-M16 | M16-M30 | M30-M60 | |
| 碳钢 | 4~3 | 3~2 | 2~1.3 | 10~6.5 | 6.5 | 6.5~10 |
| 合金钢 | 5~4 | 4~2.5 | 2.5 | 7.5~5 | 5 | 5~7.5 |
表2.1-11 螺栓的相对刚度Cb/Cb+Cm值
| 联接形式 | Cb/Cb+Cm |
| 连杆螺栓 | 0.2 |
| 钢板联接+金属垫（或无垫） | 0.2-0.3 |
| 钢板联接+皮革垫 | 0.7 |
| 钢板联接+铜皮石棉垫 | 0.8 |
| 钢板联接+橡胶垫 | 0.9 |
表2.1-12 尺寸因数∑
| 螺栓直径 d/mm | <12 | 16 | 20 | 24 | 30 | 36 | 42 | 48 | 56 | 64 |
| ∑ | 1 | 0.87 | 0.8 | 0.74 | 0.65 | 0.64 | 0.6 | 0.57 | 0.54 | 0.53 |
表2.1-13 螺纹疲劳缺口因数 Kð
| 螺栓材料 ðb/Mpa | 400 | 600 | 800 | 1000 |
| Kð | 3 | 3.9 | 4.8 | 5.2 |
注：若螺栓为辗压螺纹，Kð应将表值降低20%〜30%。
表2.1-14螺纹紧固件常用材料及力学性能（MPa)
| 钢号 | 抗拉强度 ðb | 屈服点 ðs | 疲劳极限 | |
| 弯曲 ð-1 | 拉压 ð-1T | |||
| 10 | 340〜420 | 210 | 160〜220 | 120〜150 |
| Q215-A | 340〜420 | 220 | ||
| Q235-A | 410 〜470 | 240 | 170 〜220 | 120〜160 |
| 35 | 540 | 320 | 220〜300 | 170 〜220 |
| 45 | 610 | 360 | 250〜340 | 190〜250 |
| 15MnVB | 1000〜1200 | 800 | — | — |
| 40Cr | 750 〜1000 | 650〜900 | 320 〜440 | 240〜340 |
| 30CrMnSi | 1080 〜1200 | 900 | — | — |