法兰螺栓连接中螺栓预紧力的计算和控制方法分析

《法兰螺栓连接中螺栓预紧力的计算和控制方法分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、法兰螺栓连接中螺栓预紧力的计算和控制方法分析周坤，刘美红（昆明理工大学机电工程学院，云南昆明６５００９３）摘要：法兰联接的螺栓预紧是保证法兰联接点不发生泄漏的重要环节之一。本文通过分析计算给出了计算预紧力的通用公式，经过对２种控制预紧力的方法分析比较后，得出螺栓伸长法最适用于法兰螺栓连接系统的预紧力控制。关键词：预紧力；控制方法；螺栓伸长法中图分类号：ＴＨ１３１．３文献标志码：ＡＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＭｅｔｈｏｄｓｏｆｔｈｅＢｏｌｔＰｒｅｌｏａｄｉｎｔｈｅＦｌａｎｇｅＢｏｌｔｓＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎＺＨＯＵ

2、Ｋｕｎ，ＬＩＵＭｅｉｈｏｎｇ（ＦａｃｕｌｔｙｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＫｕｎｍｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ６５００９３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｂｏｌｔｐｒｅｌｏａｄｉｎｔｈｅｆｌａｎｇｅｂｏｌｔｓｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｈｏｕｌｄｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｔｈａｔｔｈｅｒｅｉｓｎｏｌｅａｋｏｃｃｕｒｓｔｈｒｏｕｇｈｆｌａｎｇｅｊｏｉｎｔｓｄｕｒｉｎｇｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｇｉｖｅｓｔｈｅｇｅｎｅｒａｌｆ

3、ｏｒｍｕｌａｆｏｒｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｐｒｅｌｏａｄｂｙａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｃａｌｃｕｌａ－ｔｉｏｎ．Ｂｙｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｔｗｏｍｅｔｈｏｄｓｏｆｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｐｒｅｌｏａｄ，ｉｔａｒｒｉｖｅｄｔｏｔｈｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｔｈａｔｔｈｅｂｏｌｔ－ｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｓｉｄｅａｌｆｏｒｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｔｈｅｐｒｅｌｏａｄｉｎｔｈｅｆｌａｎｇｅｂｏｌｔｓｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐｒｅｌｏａｄ，Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓ，Ｂｏｌｔ－ｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇｍｅｔｈｏｄ［３］螺

4、栓法兰联接是压力容器、石油化工设备及管所示。道中应用极为广泛的一种可拆式静密封联接结螺栓拧紧后，螺栓力通过法兰面压紧垫片，垫片［１］构。法兰螺栓连接系统的主要失效形式是泄漏，被压实，使压紧面上的间隙被填满，为防止介质泄漏而螺栓预紧是保证连接面不发生泄漏的重要环节之达到了初始的密封条件。螺纹联接的预紧力将对螺一。在螺栓联接中，螺栓在安装的时候都必须拧紧，栓的总载荷、联接的临界载荷、抵抗横向载荷的能力即在联接承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这和接合面密封能力等产生影响。个预加的作用力称为预紧力，预紧的目的在于增强１．２施加不当预紧力的危害联接的

5、可靠性和紧密性，以防止受载后被联接件间过大的预紧力会导致螺纹联接零件的静力破［２］出现缝隙或发生相对滑移。所以，知道预紧力的坏、被联接件滑移、分离或紧固件的松脱。过小的预准确大小值和拧紧螺母时控制预紧力的精度就变得紧力会导致螺栓疲劳破坏、增大设备质量与成本。尤为重要。本文经过分析、推导，给出了计算预紧力所以，预紧力的大小、准确度都十分重要，从而使预的通用公式，对控制预紧力的不同方法进行了分析紧力的控制成为螺纹联接的重要问题之一。比较，得出控制法兰螺栓预紧力的最适用的方１．３预紧力的分析计算法———螺栓伸长法。在法兰螺栓联接系统中，主要受轴向力和

6、预紧力的作用，由于螺栓和被联接件的弹性变形，螺栓所１螺栓预紧力的分析和计算受的总拉力并不等于预紧力和工作拉力之和。根据１．１法兰接头的结构理论分析，螺栓的总拉力除了和预紧力Ｑｐ、工作拉法兰接头是一种可力Ｆ有关外，还受到螺栓刚度Ｃｐ及被联接件刚度拆卸的装置，实际工程中Ｃｍ等因素的影响。因此，应从分析螺栓联接的受力它需要经常拆卸，所以联和变形的关系入手，找出螺栓总拉力的大小。图２接面密封的可靠性就成［４］是螺栓联接受力变形图。为能使工业生产正常运由图２可知，图中的横坐标代表变形，纵坐标代行的首要条件。螺栓法表力。螺栓拉伸变形由坐标原点向右量起；被联

7、接兰联接属于强制密封，依件压缩变形由坐标原点向左量起。由图２可知，当靠联接件通过被联接件联接承受工作载荷Ｆ时，螺栓的总拉力为Ｗｐ，相应强制挤压密封元件使之的总伸长量为δＬ＋ΔδＦ；被联接件的压缩力等于残密封。基本结构如图１图１螺栓联接的法兰接头余预紧力Ｆｐ，相应的总压缩量为Δδ′Ｆ＝δｆ－ΔδＦ。·２６·《新技术新工艺》·数字技术与机械加工工艺装备２０１０年第８期拧紧螺母时，要克服螺旋副间的螺纹力矩Ｔ１和螺母支撑面上的摩擦力矩Ｔ２，故拧紧力矩Ｔ＝Ｔ１＋Ｔ２。由理论力学得到预紧的螺纹力矩Ｔ１和预紧力Ｆ的关系为：Ｔ１＝Ｆｄ２ｔａｎ（ψ＋ρ）／２（３

8、）六角螺母支撑面是外径为Ｄ１（≈Ｓ）、内径为Ｄ０的圆环面，对于非磨合圆环面，摩擦力矩为：３３）／［３（Ｄ２２）］（４）Ｔ２＝μｎＦ（Ｄ１－Ｄ０１－Ｄ０