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螺栓預(yù)緊力(擰緊扭矩)計算公式及推導(dǎo)過程

 南岸未陰 2023-12-12 發(fā)布于廣東

螺栓預(yù)緊力本著物盡其用的原則進行計算,在材料性能允許范圍呢,擰的越緊越不容易松動。

螺栓預(yù)緊力的計算主要考慮螺栓材料的屈服強度、被緊固件的螺紋牙型的強度(剪應(yīng)力、彎應(yīng)力)。

首先按照螺栓應(yīng)力(屈服強度)來計算預(yù)緊力及扭矩,同時考慮到材料的許用應(yīng)力要求,一般規(guī)定擰緊后螺紋連接件的預(yù)緊力不得大于其材料屈服強度的80%,對于一般連接用的鋼制螺栓,推薦的預(yù)緊力如下:

碳素鋼螺釘預(yù)緊力 Fo=(0.6~0.7)×σ×As

合金鋼螺釘預(yù)緊力 Fo=(0.5~0.6)×σ×As

式中σ是指螺釘材料的屈服強度,As是指螺釘應(yīng)力截面積。

螺釘應(yīng)力截面積計算方法如下:

ImageImage

至此螺栓預(yù)緊力已計算出來,下面根據(jù)預(yù)緊力計算螺釘擰緊扭矩。

螺栓擰緊時,力矩T用于克服螺紋副的螺紋阻力矩T1及螺母與被聯(lián)接件(或墊圈)支承面間的端面摩擦力矩T2,即T=T1+T2,根據(jù)摩擦力計算公式f=μN,并簡化模型計算,可采用右側(cè)經(jīng)驗公式來計算扭矩,即T=K×Fo×d,其中K是擰緊力系數(shù)、d是螺紋公稱直徑、Fo是預(yù)緊力。

擰緊力系數(shù)K與螺紋中徑、螺紋升角、螺紋當量摩擦系數(shù)、螺母與被聯(lián)接件支承面間的摩擦系數(shù)有關(guān)。而這些參數(shù)的取值都比較復(fù)雜,要準確地計算出K值,就要通過針對性的試驗,同時測得預(yù)緊力和緊固扭矩才能間接獲得擰緊力矩系數(shù)K值。一般情況下的K值,可參考下表中的數(shù)據(jù)。

Image

預(yù)緊力的大小,除了受限于螺釘材料的強度外,還受限于被聯(lián)接件的材料強度。當內(nèi)外螺紋的材料相同時,只校核外螺紋強度即可。對于旋合長度較短、非標準螺紋零件構(gòu)成的聯(lián)接、內(nèi)外螺紋材料的強度相差較大的受軸向載荷的螺紋聯(lián)接,還應(yīng)校核螺紋牙的強度。如某型產(chǎn)品彈性元件的固定,因螺釘連接的基材是鋁合金,其強度遠低于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的強度,就應(yīng)校核鋁合金上螺紋牙型的強度,主要是螺紋材料的剪應(yīng)力及彎應(yīng)力。

下面以12.9級M10的內(nèi)六角圓柱頭螺釘為例,分布計算,看看此螺釘?shù)臄Q緊扭矩是多少。

12.9級M10的內(nèi)六角圓柱頭螺釘,屈服強度σ為1080MPa,螺釘應(yīng)力截面積As為58mm2,帶入下式:

12.9級M10的內(nèi)六角圓柱頭螺釘預(yù)緊力 Fo=(0.5~0.6)×σ×As=(0.5~0.6)×1080×58=31320N(取小值0.5)

12.9級M10的內(nèi)六角圓柱頭螺釘擰緊力矩 T=K×Fo×d=0.22×31320×10/1000=69Nm

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1、什么是緊固件?

緊固件是將兩個或兩個以上的零件(或構(gòu)件)緊固連接成為一個整體時所采用的一類機械零件的總稱。市場上也稱為標準件。

2、它通常包括以下12類零件:

螺栓、螺柱、螺釘、螺母、自攻螺釘、木螺釘、墊 圈、擋圈、銷、鉚釘、組合件和連接副、焊釘。

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