装配中螺栓紧固力矩的确定方法探讨

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1、装配中螺栓紧固力矩的确定方法探讨［摘要］文章分析了螺栓联接的受力情况，推导岀了螺栓预紧力和紧固力矩的线性关系，然后从多方面研究了螺栓联接中合适的预紧力值，从而来确定螺栓的紧固力矩，为螺栓装配生产提供了一种参考经验。［关键词］装配;螺栓;紧固力矩;取定方法中图分类号：U225.5文献标识码：A文章编号：1009-914X(2016)27-0001-02螺栓联接是机械设备安装屮最常见的可拆式连接方式。为了保证在使用中螺栓螺纹联接的刚性和防松能力，需要在装配时进行预紧，而预紧力矩该如何确定成为一个需要研究的问题，过大则会导致联接失效，过小则又达不到应有的使用要求。因此确定

2、螺栓的紧固力矩成为装配工作屮的一个重要问题。1螺栓联接副的受力情况分析螺栓联接一般情况下都是成组应用的，需要根据被联接件的结构和联接件的载荷来设计其传力方式、数目和布置。总体来说，螺栓联接受力情况有：(1)纯轴向力，螺栓只受轴向受力；(2)横向力，螺栓径向受力;(3)旋转力矩，如轮法兰联接；(4)翻转力矩，也叫倾覆力矩。其中(1)、(4)螺栓联接副受拉力，(2)、(3)螺栓联接副可以受拉力，也可受剪切力。在装配应用中，螺栓联接受拉力居多，根据国家标准选用的螺栓也为受拉螺栓(GB3098.1〜3098.3-82紧固件机械性能)。故本文以螺栓联接副受拉力为研究对象，讨论

3、时其紧固力矩的确定问题。2螺栓联接副防松措施中的紧固力矩分析螺栓联接在工程应用中，常用的防松方法有三种：摩擦防松、机械防松和永久防松。其中机械防松和摩擦防松称为可拆卸防松，在安装应用中,需耍施加紧固力矩;而永久防松称为不可拆卸防松，无法重复使用，因此在机械设备装配工作中较少使用。（1）常见摩擦防松方法有：利用弹簧垫片、自锁螺母及双螺母等。弹簧垫片防松方式中，紧固力矩增加了弹簧垫片的压紧力矩，但由于压紧力矩数值不大，常在计算中将其忽略。自锁螺母防松方式中紧固力矩与普通螺栓相同。双螺母（对顶螺母）防松方法中，耍考虑前后两个螺母的紧固力矩问题。（2）常见的机械防松方法：利

4、用开口销、止动垫片及串钢丝绳等。机械方法多采用开口销等机械结构，阻止螺栓退回。这种方法的紧固力矩与普通方法一致。（3）永久防松方法有：冲边法防松、粘合防松等。这种方法一般用于永久联接，不可拆卸，但其紧固力矩与普通方法一致。对于螺栓联接副的紧力矩而言，机械防松方法和永久防松方法均为单螺母紧固，其紧固力矩与一般受拉力螺栓联接无异。而在摩擦放松方法中，弹簧垫片放松在紧固时在单螺母紧固的基础上增加了弹簧垫片的压紧力矩，双螺母方法紧固时，需耍注意前后螺母的紧固力矩存在差异，需耍分别对待。3轴向力与紧固力矩的关系分析计算紧固力矩是由扳手的扭转运动来施加的，该扭转运动的扭转力矩T

5、主要克服了螺纹副的螺纹阻力矩T1,以及螺母与被连接件支承面间的端面摩擦力矩T2,即可得到如下公式：(1)式中：T—紧固力矩；F0—预紧力，N；3—螺纹升角；一螺纹当量摩擦角；d2——螺纹中径，mm;U—螺母与被连接件的支承面间的摩擦因数；Dw—与支承平血连接的螺母或者垫圈的直径;dO—螺纹外径；d—螺纹公称直径，mm;K—紧固力矩系数，；因此，在螺栓大小相同时，螺栓的轴向预紧力正比于紧固力矩的大小,其比例系数就是紧固力矩系数Ko系数K的取值计算是一个较为复杂的过程。一般来说，对于普通粗牙M12-M64螺纹，其紧固力矩系数K一般在0.1〜0.3范围内变动，表1为参考值

6、［1］。可以这么认为，当螺栓、螺母、垫圈、被连接件等零件的型号选定后,在确定的工作环境、工作状态下，紧固力矩系数是固定的。也就是说，在这种情况下，所需预紧力的大小直接决定了应施加的紧固力矩的大小。根据公式(1)可知，紧固紧力矩与螺栓预紧力是呈线性关系，因此早操作屮确定并控制了紧固力矩的大小，就可以通过实验或理论的方法计算岀预紧力值。由于系数K值、受摩擦系数和几何参数的的不确定性影响,在一定的紧固力矩下，预紧力数值的变化区间比较人，因此通过紧固力矩来控制螺栓预紧力的精度并不是很高，其误差约为±25%左右，最大甚至可达±40%左右。这样就产生了一个矛盾：一方曲，可以根据

7、应用工况和要求来设计出所需要预紧力的具体数值，但另一方面，却无法在现实中很精确的施加所耍求预紧力，达到其设计值，只能通过施加一定紧固力矩，来确定其大小。不过关于这个矛盾的讨论不是本文的重点，主要是为了阐述这种现实情况的存在。同时，在本文第4节中的讨论只考虑了紧固力矩和预紧力的纯线性关系而忽略了这种误差。4螺栓预紧力(紧固力矩)的确定方法通常情况下由N个螺栓螺母副联接的法兰联接体，给予一定的紧固力F的同时，联接体内产生内压力Fx,对于这种用于有一定内压力的流体的联接体，设计螺栓的紧固力矩时，须考虑以下四点：(1)确保螺栓的强度，即不允许发生因紧固力矩过大导致螺栓的