联接螺栓的预紧力和防松

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1、联接螺栓的预紧力和防松[关键词]联接螺栓；预紧力；防松[摘要]通过对普通联接螺栓的预紧力和防松问题进行研究分析，得出可靠的确定螺栓预紧力和螺栓防松的方法，对于船舶设计有较好实用价值。0引言当今世界，随着微电子、航空航天等新兴技术的崛起，它们引起了传统技术领域内如机械制造行业的剧烈变化，对最基本的机械零件之一——紧固件的发展也产生了深远的影响。螺栓，作为最常用的紧固件之一，在新兴技术的冲击下，顺应着时代的潮流，也不断地更新和发展。众所周知，螺栓连接是紧固件连接中最基本的一种结构形式，有着构造简单、成本低、安装方便等优点，在现代工业中被广泛应用。常见的螺栓连接一般都是紧螺栓连接，即安

2、装时需要将螺栓螺母拧紧，只有少数如飞机操纵拉杆的铰链螺栓连接等是松螺栓连接。紧螺栓连接时，必须考虑螺栓的预紧力问题和防松动问题，这两方面的问题都直接关系到设备的正常运行，不容小视。目前，船舶设计行业中，船级社对于轴系传动装置中联轴器接合面处的螺栓、对联接螺栓的直径尺寸都有具体要求。联接螺栓采用紧配螺栓(即铰配螺栓)，一般无预紧力要求；对于联接螺栓采用非紧配螺栓的，则要求“该螺栓安装时的预紧力需提交审查批准”。至于该预紧力的计算，船级社并未给出具体的指导性意见。此外，对于船舶上重要的机械设备，如主机、齿轮箱、高弹性联轴器等，船厂也希望设计方能给出联接螺栓的预紧力。本文旨在给出一个比

3、较可行的、比较合理的螺栓预紧力选取标准，供各位船舶设计人员参考。1螺栓连接的预紧1.1预紧的目的预紧可以提高螺栓连接的可靠性、防松能力和螺栓的疲劳强度，增强连接的紧密性和刚性。事实上，大量的试验和使用经验证明：较高的预紧力对于连接的可靠性和被连接的寿命都是有益的，特别对有密封要求的连接更为必要。当然，俗话说得好，“物极必反”，过高的预紧力，如若控制不当或者偶然过载，也常会导致连接的失效。因此，准确确定螺栓的预紧力是非常重要的。1.2预紧力QP的确定普通螺栓的连接，在螺母拧紧时会受到两种应力：一种是由预紧力引起的拉应力；另一种是由螺纹力矩引起的扭转剪应力。有关文献计算表明，当预紧应

4、力σP达到螺栓屈服极限σs的0.78倍时，螺栓的外螺纹沟底开始破坏。也就是说，选取σP时首先必须满足的第一个前提条件是σP<0.78σs；其次，为了能充分发挥螺栓连接的潜力和保证连接的可靠性，我们应当尽量取较高值。在实践中，还有许多影响σP选取的因素，如：受拉螺栓还是受剪螺栓，螺栓是否承受变载荷，对连接有无密封要求，安装工具和方法的精确程度，连接所在部位是否便于安装等等。这些因素都是确定预紧力指标应该考虑的重要因素。对于受拉螺栓连接，有这样一组结论可供我们较准确地选取σP值：·在一般机械上，σP=(0.5～0.7)σS；·在航空航天机械上，σP≈0.35σS；·在特殊连接如高强度

5、螺栓摩擦连接，σP≈0.75σS。一般机械连接，钢螺栓所用的预紧力在考虑上述因素的基础上可以参考表1的数据来选择。表1一般机械连接用钢螺栓的预紧力螺纹规格预紧力QP(按σP=0.70σS的计算值)(N)螺栓强度等级4.65.66.88.810.912.9M63230394061808190ll60013600M85890714011200148002120024800M1093101130017800235003360039400M12135001650025900354004900057200M162520030800483006610091000106000M20394004

6、800075600102000142000166000M245680069100108000148000205000239000M3090300109000172000235000326000380000M36131000160000251000343000474000554000对于重要的螺栓连接，在产品装配图样中应注明预紧力或拧紧力矩指标，安装时要采取措施严格控制。1.3拧紧力矩在螺纹连接体中，施加在螺母上的拧紧力矩Tf等于螺母与被连接件或垫圈支承面间的摩擦力矩与螺纹副的摩擦力矩之和。经简化后得到同时适用于粗牙和细牙螺纹的表达式，如下：Tf=0.12×σs×As×d式中σs—

7、—螺栓屈服极限；As——螺栓螺纹有效截面面积；d——螺纹的公称直径。在实践中，一般采用指针式扭力扳手(测力扳手)通过控制拧紧力矩来实现控制预紧力，这种方法简单、易实施，而且成本也低。ISO标准中有给出公制螺纹用扭矩扳手拧紧时需要的的拧紧力矩指示值，这些数值是按照上面给出的拧紧力矩计算公式得出的，如表2所示。在船舶行业，一些技术力量强大的设备公司都用自己的一套标准来选取连接螺栓的拧紧力矩。如专业从事高弹性联轴器及传动轴产品的开发和生产的德国VULKAN和CENTA公司，会给用户提供