螺栓預(yù)緊力

螺紋連接 - 形成

螺紋連接

將一直角三角形繞在直徑為的圓柱表面上，使三角形底邊與圓柱體的底邊重合，則三角形的斜邊在圓柱體表面形成一條螺旋線。三角形的斜邊與底邊的夾角，稱為螺旋線升角。若取一平面圖形，使其平面始終通過(guò)圓柱體的軸線并沿著螺旋線運(yùn)動(dòng)，則這平面圖形在空間形成一個(gè)螺旋形體，稱為螺紋。

螺紋連接 - 分類

根據(jù)平面圖形的形狀，螺紋可分為三角形、矩形、梯形和鋸齒形螺紋等。

根據(jù)螺旋線的繞行方向，可分為左旋螺紋和右旋螺紋，規(guī)定將螺紋直立時(shí)螺旋線向右上升為右旋螺紋，向左上升為左旋螺紋。機(jī)械制造中一般采用右旋螺紋，有特殊要求時(shí)，才采用左旋螺紋。根據(jù)螺旋線的數(shù)目，可分為單線螺紋和等距排列的多線螺紋。為了制造方便，螺紋一般不超過(guò)4線。

螺紋連接 - 主要參數(shù)

要區(qū)分不同的螺紋，就要掌握說(shuō)明螺紋特點(diǎn)的一些參數(shù)。以廣泛應(yīng)用的圓柱普通螺紋為例，螺紋的主要參數(shù)如下： (1)大徑d（外徑）（D）——與外螺紋牙頂相重合的假想圓柱面直徑——亦稱公稱直徑

(2)小徑（內(nèi)徑）d1(D1)——與外螺紋牙底相重合的假想圓柱面直徑，在強(qiáng)度計(jì)算中作危險(xiǎn)剖面的計(jì)算直徑

(3)中徑d2——在軸向剖面內(nèi)牙厚與牙間寬相等處的假想圓柱面的直徑，近似等于螺紋的平均直徑 d2≈0.5(d+d1) (4)螺距P——相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離

(5) 導(dǎo)程（S）——同一螺旋線上相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上的對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離

(6) 線數(shù)n——螺紋螺旋線數(shù)目，一般為便于制造n≤4；螺距、導(dǎo)程、線數(shù)之間關(guān)系：L=nP

(7) 螺旋升角ψ——在中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺旋線軸線的平面的夾角。

(8) 牙型角α——螺紋軸向平面內(nèi)螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角；牙型斜角β指螺紋牙型的側(cè)邊與螺紋軸線的垂直平面的夾角。對(duì)稱牙型

螺紋是螺紋聯(lián)結(jié)和螺旋傳動(dòng)的關(guān)鍵部分，現(xiàn)將機(jī)械中幾種常用螺紋的特點(diǎn)和應(yīng)用介紹如下：

1． 三角形螺紋 牙型角大，自鎖性能好，而且牙根厚、強(qiáng)度高，故多用于聯(lián)接。常用的有普通螺紋、英制螺紋和圓柱管螺紋。

（1）普通螺紋：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，把牙型角α = 60°的三角形米制螺紋稱為普通螺紋，大徑d為公稱直徑。同一公稱直徑可以有多種螺距的螺紋，其中螺距最大的稱為粗牙螺紋，其余都稱為細(xì)牙螺紋，粗牙螺紋應(yīng)用最廣。細(xì)牙螺紋的小徑大、升角小，因而自鎖性能好、強(qiáng)度高，但不耐磨、易滑扣，適用于薄壁零件、受動(dòng)載荷的聯(lián)接和微調(diào)機(jī)構(gòu)的調(diào)整。普通螺紋的基本尺寸見(jiàn)教材表9—1。

（2）.英制螺紋：牙型角α = 55°，以英寸為單位，螺距以每英寸的牙數(shù)表示，也有粗牙、細(xì)牙之分。主要是英、美等國(guó)使用，國(guó)內(nèi)一般僅在修配中使用。

2. 圓柱管螺紋 牙型角α = 55°，牙頂呈圓弧形，旋合螺紋間無(wú)徑向間隙，緊密性好，公稱直徑為管子的公稱通徑，廣泛用于水、煤氣、潤(rùn)滑等管路系統(tǒng)聯(lián)接中。

3. 矩形螺紋 牙型為正方形，牙型角α = 0°，牙厚為螺距的一半，當(dāng)量摩擦系數(shù)較小，效率較高，但牙根強(qiáng)度較低，螺紋磨損后造成的軸向間隙難以補(bǔ)償，對(duì)中精度低，且精加工較困難，因此，這種螺紋已較少采用。

4. 梯形螺紋

牙型為等腰梯形，牙型角α = 30°，效率比矩形螺紋低，但易于加工，對(duì)中性好，牙根強(qiáng)度較高，當(dāng)采用剖分螺母時(shí)還可以消除因磨損而產(chǎn)生的間隙，因此廣泛應(yīng)用于螺旋傳動(dòng)中。

5. 鋸齒形螺紋： 鋸齒形螺紋工作面的牙側(cè)角為3°，非工作面的牙側(cè)角為30°，兼有矩形螺紋效率高和梯形螺紋牙根強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，但只能承受單向載荷，適用于單向承載的螺旋傳動(dòng)。螺紋牙強(qiáng)度高，用于單向受力的傳力螺旋；如螺旋壓力機(jī)、千斤頂?shù)取?/p>

1.螺栓聯(lián)接 被聯(lián)接件的孔中不切制螺紋，裝拆方便。如教材圖9-12a為普通螺栓聯(lián)接，螺栓與孔之間有間隙，由于加工簡(jiǎn)便，成本低，所以應(yīng)用最廣。如教材圖9-12b為鉸制孔用螺栓聯(lián)接，被聯(lián)接件上孔用高精度鉸刀加工而成，螺栓桿與孔之間一般采用過(guò)渡配合，主要用于需要螺栓承受橫向載荷或需靠螺桿精確固定被聯(lián)接件相對(duì)位置的場(chǎng)合。 2.雙頭螺柱聯(lián)接使用兩端均有螺紋的螺柱，一端旋入并緊定在較厚被聯(lián)接件的螺紋孔中，另一端穿過(guò)較薄被聯(lián)接件的通孔。適用于被聯(lián)接件較厚，要求結(jié)構(gòu)緊湊和經(jīng)常拆裝的場(chǎng)合。

3. 螺釘聯(lián)接螺釘直接旋入被聯(lián)接件的螺紋孔中，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，適用于被聯(lián)接件之一較厚，或另一端不能裝螺母的場(chǎng)合。但經(jīng)常拆裝會(huì)使螺紋孔磨損，導(dǎo)致被聯(lián)接件過(guò)早失效，所以不適用于經(jīng)常拆裝的場(chǎng)合。

4. 緊定螺釘聯(lián)接 將緊定螺釘擰入一零件的螺紋孔中，其末端頂住另一零件的表面，或頂入相應(yīng)的凹坑中。常用于固定兩個(gè)零件的相對(duì)位置，并可傳遞不大的力或轉(zhuǎn)矩。

螺紋連接 - 聯(lián)接件

螺紋聯(lián)接件品種很多，大都已標(biāo)準(zhǔn)化。常用的標(biāo)準(zhǔn)螺紋聯(lián)接件有螺栓、螺釘、雙頭螺柱、緊定螺釘、螺母和墊圈。 普通螺栓 六角頭：小六角頭，標(biāo)準(zhǔn)六角頭，大六角頭

1）螺栓 圓柱頭（內(nèi)六角） 鉸制孔螺栓——螺紋部分直徑較小 螺栓 粗制 精制——機(jī)械制造中常用 2）雙頭螺栓——兩端帶螺紋 A型——有退刀槽 施入端長(zhǎng)度也各有不同。 B型——無(wú)退刀槽

3）螺釘種類繁多 半圓頭 一字槽 平圓頭 十字槽 共有 按頭部形狀 六角頭 頭部起子槽 內(nèi)六角孔 圓柱頭 一字加十字槽 沉頭 要求全螺紋 與螺栓區(qū)別 要求螺紋部分直徑較粗

4）緊定螺釘 錐端——適于零件表面硬度較低不常拆卸常合 末端 平端——接觸面積大、不傷零件表面，用于頂緊硬度較大的平面， 適于經(jīng)常拆卸 圓柱端——壓入軸上凹抗中，適于緊定空心軸上零件的位置 適于較輕材料和金屬薄板

5）自攻螺釘——由螺釘攻出螺紋

6）螺母 六角螺母：標(biāo)準(zhǔn)，扁，厚 圓螺母（與帶翅墊圈）+止退墊圈——帶有缺口，應(yīng)用時(shí)帶翅墊圈內(nèi)舌嵌 入軸槽中，外舌嵌入圓螺母的槽內(nèi)，螺母即被鎖緊。 螺母 粗制 精制 粗制 平墊 精制 A型 普通墊圈 斜墊 B型——帶倒角

7）墊圈 防松墊圈（彈簧墊圈）——起防松作用 帶翅墊圈等

螺紋聯(lián)接 松聯(lián)接——在裝配時(shí)不擰緊，只在承受外載時(shí)才受到力的作用——輕少用 緊聯(lián)接——在裝配時(shí)需擰緊，即在承載時(shí)，已預(yù)先受力，預(yù)緊力QP

預(yù)緊目的：保持正常工作。如汽缸螺栓聯(lián)接，有緊密性要求，防漏氣，接觸面積要大性，靠摩擦力工作時(shí)，增大剛性等。

增大剛性：增加聯(lián)接剛度、緊密性和提高防松能力

1. 擰緊力矩TΣ 在預(yù)緊螺栓聯(lián)接時(shí)，加在扳手上的力矩TΣ必須克服螺旋副中的螺紋力矩T和螺母與支撐面之間的摩擦力矩Tf TΣ=T+Tf T=F0tan(ф+ρV)d2/2 Tf=fc* F0*rf; rf支撐面間的摩擦半徑， fc為摩擦系數(shù)。 TΣ=0.2 F0*d*10 式中：TΣ的單位N.m; d的單位為mm.。

2. 預(yù)緊力的控制 通過(guò)測(cè)力矩扳手和完力矩扳手控制扳手力矩大小。

螺紋連接一般具有自鎖性，此外螺母及螺栓頭部的支撐面上的摩擦力也有防松作用，故擰緊后一般不會(huì)松脫。但在沖擊、振動(dòng)或變載荷作用下，以及在高溫或溫度變化較大時(shí)，螺紋鋼之間的摩擦力會(huì)順時(shí)減小或消失，聯(lián)接就可能松動(dòng)。防松的關(guān)鍵就是防松螺旋鋼的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。

1. 摩擦防松

（1）彈簧墊片；利用收口的彈力使旋合螺紋間壓緊。

（2）對(duì)頂螺母；增加摩擦防松；

（3）自鎖螺母：增加摩擦防松；

2. 機(jī)械防松 開(kāi)槽螺母與開(kāi)口銷；圓螺母與止動(dòng)墊圈；帶翅墊片。

3. 變?yōu)椴豢刹鹇?lián)接 端鉚、沖點(diǎn)（破壞螺紋）、點(diǎn)焊。

這種承載形式在緊螺栓聯(lián)接中比較常見(jiàn)，汽缸與汽缸蓋螺栓組聯(lián)接就是這種聯(lián)接的典型例子。在這種聯(lián)接中，螺栓實(shí)際承受的總拉力Fo并不等于預(yù)緊力和軸向工作載荷F之和。

1、壓力容器中壓強(qiáng)P對(duì)每個(gè)螺栓產(chǎn)生的軸向工作載荷為： F=p(лD2/4)/Z 式中：Z為聯(lián)接螺栓個(gè)數(shù)。p為氣缸內(nèi)的壓強(qiáng)Mpa。

未擰緊未受工作載荷時(shí)螺栓情況：如上圖預(yù)緊前；擰緊后未受工作載荷時(shí)螺栓受預(yù)緊力F0作用：如上圖的預(yù)緊。 擰緊后受工作載荷時(shí)螺栓受到總拉力FΣ作用： FΣ=F+ F0 此時(shí)，由于螺栓受工作載荷F的作用，伸長(zhǎng)量又增加了δ2，被聯(lián)接件間隨螺栓伸長(zhǎng)而被放松了δ2，故其壓緊力由F0減小到F0'，被聯(lián)接件作用與螺栓的反作用力也應(yīng)為F0'， F0'稱為剩余預(yù)緊力。 剩余預(yù)緊力F0'值可參照教材表9-3選取。 選取了F0'后，用FΣ=F+ F0計(jì)算出螺栓的總拉力FΣ的值。然后代入下式： 強(qiáng)度計(jì)算為： .

設(shè)計(jì)公式為： 根據(jù)受工作載荷F的伸長(zhǎng)量與被聯(lián)接件回彈變形量相等的關(guān)系，可導(dǎo)出預(yù)緊力F0與剩余預(yù)緊力F0/的關(guān)系為：F0= F0/+(1—Kc)F; 式中：Kc=C1/(C1+C2)，Kc稱相對(duì)剛度系數(shù)見(jiàn)教材表9—4；C1為螺栓剛度；C2為被聯(lián)接件剛度。 FΣ=F+ F0/=F0+ C1F/(C1+C2)。 由上式可知，當(dāng)螺栓受軸向工作載荷由0至F之間變化時(shí)，螺栓中總的拉力的變化范圍是F0～FΣ。

預(yù)緊可以提高螺栓連接的可靠性、防松能力和螺栓的疲勞強(qiáng)度，增強(qiáng)連接的緊密性和剛性。事實(shí)上，大量的試驗(yàn)和使用經(jīng)驗(yàn)證明：較高的預(yù)緊力對(duì)連接的可靠性和被連接的壽命都是有益的，特別對(duì)有密封要求的連接更為必要。當(dāng)然，俗話說(shuō)得好，“物極必反”，過(guò)高的預(yù)緊力，如若控制不當(dāng)或者偶然過(guò)載，也常會(huì)導(dǎo)致連接的失效。因此，準(zhǔn)確確定螺栓的預(yù)緊力是非常重要的。

采用電阻應(yīng)變計(jì)測(cè)量應(yīng)力的方法，能準(zhǔn)確的測(cè)量螺栓的預(yù)緊力的大小,可以精確到公斤。尤其更適合大型壓力容器氣密試驗(yàn)前的螺栓的預(yù)緊力的檢測(cè)。

預(yù)緊可以提高螺栓連接的可靠性、防松能力和螺栓的疲勞強(qiáng)度，增強(qiáng)連接的緊密性和剛性。事實(shí)上，大量的試驗(yàn)和使用經(jīng)驗(yàn)證明:較高的預(yù)緊力對(duì)連接的可靠性和被連接的壽命都是有益的，特別對(duì)有密封要求的連接更為必要。當(dāng)然，俗話說(shuō)得好，"物極必反"，過(guò)高的預(yù)緊力，如若控制不當(dāng)或者偶然過(guò)載，也常會(huì)導(dǎo)致連接的失效。因此，準(zhǔn)確確定螺栓的預(yù)緊力是非常重要的。