控制螺栓联接预紧力的方法.pdf

第28卷第7期
水利电力机械
Vol 28 No
2006年7月
WATER CONSERVANCY ELECTRIC POWER MACHINERY
Jul.2006
控制螺栓联接预緊力的方法
The methods of controlling pre-tightening load of bolt connections
赵曼
(中州大学,河南郑州45015)
摘要:预紧力的控制已成为螺纹联接的重要问题之一。以科学试验数据和理论分析为依据,对扭矩法和扭
角法两种拧紧工艺进行了分析与比较,旨在提高螺纹的联接质量。
关键词:螺栓联接;预紧力;疲劳强度;控制
中图分类号:T31.3文献标识码:B文章编号:1006-6446(200007-0036
0引言
种误差,最后才能确定要施加的扭矩。
扭矩控制法”的效凎分析:螺纹联接采用此法
在工业生产中,螺纹联接质量的重要性已引起拧紧时,施加的M与螺栓的F。之间的关系如下式
广泛的重视。螺纹联接的质量是保证设备质量及设表示
备正常运转的基础。绝大多数螺纹在联接时都要预
M=KM Fod
紧,目的在于增强联接的刚性和紧密性,以防松及防
滑。预紧力的适当控制又是确保螺纹联接质量的关
键。螺纹联接的预紧力将对螺纹的总载荷、联接的式中Ky为拧紧力矩系数。影响Kx的因素很多,如
临界载荷、抵抗横向载荷的能力和接合面密封能力材质、热处理、摩擦系数等,。它是一个变动大、难控
等产生影响。过大或过小的预紧力均是有害的,所制的変量。一般在0.1~0.3之间。如果Ky在
以,预紧力的大小、准确度都十分重要
0.1~0.3时,预紧力F6下降为
栓联接按实际使用状况一般分为一种逻辑、
f(F。)=a2=-6.7
两种方法来决定装配工艺。就是怎样才能使螺栓得甘误差范围就是
到预定的预紧力Fo,方法有两种:一种是“扭矩控制
法”,这依然是我国目前大多数动力机械制造工厂普
r(fa?=-0.67
遍使用的方法;另一种是“扭角控制法”。目前还有
可见Kw的影响是很大的,即使我们把影响Kw
一种应用微机处理的“斜率控制法”,由于它的结构的因素(例如材质、热处理、摩擦系数、垫片的粗糙度
较复杂,价格昂贵,使用的不多,木文不再赘述。
等)控制的很严格,但总是有误差以及由人的因素造
1扭矩控制法
成的误差值存在。
拧紧控制的最终目的是获得准确的预紧力,但
“扭矩控制法”是对螺母或螺钉头施加一个力矩是目前采用的控制扭矩法有着明显的缺陷。这种方
M,由M经过一系列的摩擦等因素,还有材质变化、法主要是控制扭矩,而扭矩与预紧力之间存在着其
热处理误差、人的操作因素等的效益损失后,最后螺他的影响因素,即摩擦。
栓得到轴向预紧力F0,而预紧力正是我们装配时所
在VDI(德国工程师协会)紧固件委员会的主持
要求的对象。所以,要得到F的范围就必须考虑各下,经过500次以上的拧紧试验研究,关于摩擦及其
收稿日期
作者简介:赵曼(1963-),女,陕西西安人,中州大学讲师,主要从事工程力学、机械设计方面的研究和教学工に作
第28卷第7期
赵曼:控制螺栓联接预紧力的方法
对扭短-预紧力关系的影响,已被测定出来。螺栓
拧紧力矩M与螺栓的预紧力F。关系为
型号为M10x60DIN931,10.9磷酸锌处理,用 ensis
M= Kiko
油液润滑;螺母型号为 MI DIN934,氧化发黑。不同式中Kx为拧紧力矩系数,K1c0.2。由图1看,对
摩擦系数下扭矩精度对预紧力精度的影响如表1螺栓施加贴紧扭矩0.2M时,总会产生一个轴向预
所示
紧力误差△F1和一个伸长量△L1误差。再在弹性
表1中的结论可能会使人感到意外:施加扭矩区域转一个1角使螺栓获得一个预紧力,其误差
的精度从±10%提高到士3%,仅使预紧力3%的精仍为△F1和△L1。如果转过一个预定的角度2到
度提高2%~3%;所施加扭矩的精度从5%提高到达螺栓的Fー△L曲线的塑性区域,这时,虽然螺栓
3%,则对预紧力的精度无显著影响。这是由于摩擦伸长量的误差仍为△L1,但是螺栓受到的轴向预紧
系数变化所起的作用是主要的。但是,外加扭矩和力的误差却为△F2,即△F2<△F1。这样,预紧力的
摩擦力偏差并不是影响利用各种扳手和动力工具控误差△F2很小,而且Fo又提高很多,螺栓联接的效
制预紧力的唯一误差。
耒也就提高了
例如,利用转矩扳手拧紧时,存在着3种误差来
实践表明,只有当联接件处于塑性变形范围
源:第1种来自对于平均摩擦系数的估计;第2种误用这种方法才能得到好的精度。此时,误差是由曲线
差是扳手转矩精度;第3种是联接件与被联接件间的水平部分确定,而在陡峭的弹性部分(如图1所示)
摩擦系数的变化,这主要由于表面形状的差异,如凹不大的角度误差会对预紧载荷产生较大的影响。
凸不平的支承面等。根据国外资料报道,一般采用
“扭矩法”时,预紧力Fo的误差范围可达±30%
±40%。
以上情况说明,要想使螺栓联接中预紧力的精
度控制出现有意义的突破,不能局限于用控制扭矩
的方法来达到提高螺栓联接预紧力的数值与准
确度
2扭角控制法
△L
为了能在大批生产中应用动力扳手而又能克服
摩擦的支配性影响,目前,国际上采用的最好的方法
6-AL1
是“扭角控制”或“螺母旋转度”法。这需要预先规定
扭转角,它是对联接件仲长量的一种间接测定。旋
图1F-△L曲线
转角φ、联接件螺距t和伸长量△L之间的关系是
图2中的X,Y曲线分别代表2个不同K值有
△L=q/360°。显然,伸长量不仅包含联接材料的弹代表性的曲线。它代表该规格螺栓的材料变化范围
性变形,也包含有联接中的任何间隙和空穴等的被是在这2条曲线之间。由于采用了“扭角控制”,所
压缩量。应用此法时,首先需要确定一个“贴和”扭以,不管F6在哪个区域,其△1均是相等。从图2
矩,再由此开始测定旋转角。
中看出,每一种螺栓在弹性区域由△L引起的F。误
表1不同摩擦系数下扭矩精度对预紧力精度的影响
被压紧表面
头部下面摩擦
拧紧扭矩的精度(预紧力精度“)
材料
表面状态
系数测定值ょ0%±3%±5%±10%20%
F/ 37K(AISI1016) GB= 520 Mpa
端部铣削R1=10m
0.16±28%19,619.820.222.028.0
FA 37K(AISI1016) AB=520 Mpa
冷镦、镀镉
0.12±36%
29.7
AA CK65(AISI1016) dr=950 Mpa
磨削R3=4m
0.20土23%
铸铁
刨R1>25gm
0.14±14%12,312.713.315.923.5
铝合金 Almgsi0.5
冷镦,无覆盖层
0.12±48%27.227.427.729.033.8
螺纹摩撩系数均取0.15±14%。