5-5 图 5-2-2 是由两块边板和一块承重板焊成的龙门起重机导轨托架。两块边板各用4-|||-个螺栓与立柱相连接,托架所承受的最大载荷为20kN,载荷有较大的变动。试问:此螺栓-|||-连接采用普通螺栓连接还是铰制孔用螺栓连接为宜?为什么?-|||-立柱-|||-300 20kN-|||-150-|||-图 5-2-2 龙门起重机导轨托架

步骤 1：受力分析
横向载荷：${F}_{2}=20kN$。载荷有较大的变动，意味着需要考虑载荷的变动对螺栓连接的影响。
步骤 2：计算螺栓受力
在横向载荷作用下，每个螺栓受到的横向力为 ${F}_{1}=\dfrac {{F}_{2}}{8}=2.5kN$。
在转矩作用下，每个螺栓受到的切向力为 ${F}_{2}=\dfrac {T}{8\times \sqrt {{75}^{2}+{75}^{2}}}\approx 7.07kN$。
步骤 3：计算最大受力螺栓的受力
受力最大的为2、4螺栓，其值为 $F=\sqrt {{{F}_{1}}^{2}+{{F}_{2}}^{2}+2{F}_{1}{F}_{2}\cos {45}^{\circ }}\approx 9kN$。
步骤 4：设计螺栓
若为铰制孔螺栓，查教材表 5-8 ，${S}_{T}=5$。查教材表 5-9 ，选4.8级， ${\sigma }_{s}=320MPa$。${d}_{0}\geqslant \sqrt {\dfrac {4F}{\pi [ r] }}=\sqrt {\dfrac {4F{S}_{r}}{\pi {\sigma }_{1}}}=\sqrt {\dfrac {4\times 9000\times 5}{\pi \times 320}}\approx 13.4mm$。
若为普通螺栓，预紧力：${F}_{0}=\dfrac {{k}_{3}F}{{f}_{1}}=\dfrac {1.2\times 9}{0.15\times 1}=72kN$。${d}_{1}\geqslant \sqrt {\dfrac {4F{S}_{r}}{\pi {\sigma }_{1}}}=\sqrt {\dfrac {4\times 1.3\times 72000\times 1.5}{\pi \times 320}}\approx 23.6mm$。
步骤 5：比较螺栓
采用铰制孔用螺栓连接为宜，因为托架所承受的载荷有较大的变动，普通螺栓连接靠连接预紧后在接合面间产生的摩擦力来抵抗横向载荷。且根据上述计算，取控制预紧力的普通螺栓连接 $M30(GB196-81)$ 或者铰制孔螺栓 $M16(GB27-88)$，铰制孔用螺栓的直径小于普通螺栓的直径。