预紧力的控制

预紧力的控制

预紧力的大小需根据螺栓组受力的大小和连接的工作要求决定。设计时首先保证所需的预紧力,又不应使连接的结构尺寸过大。一般规定拧紧后螺纹连接件预紧应力不得大于其材料的屈服点σs的80%。对于一般连接用钢制螺栓,推荐的预紧力F' 计算如下:

碳素钢螺栓    F' =(0.6~0.7)σsAs

合金钢螺栓    F' =(0.5~0.6)σsAs

式中 σs——螺栓材料的屈服点,MPa;

As——螺栓公称应力截面积,mm2;

式中 d1——外螺纹小径,mm;

d2——外螺纹中径,mm;

d3——螺纹的计算直径,mm;

H——螺纹原始三角形高度,mm

对于重要的螺纹连接,必须有一套控制和测量预紧力的方法,常用的控制方法见下表

控制和测量螺栓预紧力的方法

控制预紧力的方法

特点和应用

感觉法

靠操作者在拧紧时的感觉和经验。拧紧4.6级螺栓施加在扳手上的拧紧力F如下:

M6

M8

M10

M12

M16

M20

45N

70N

130N

180N

320N

500N

只加腕力

加腕力和肘力

加全手臂力

加上半身力

加全身力

加上全身重量

最经济简单,一般认为对有经验的操作者,误差可达±40%,用于普通的螺纹连接

力矩法

用测力矩扳手或定力矩扳手控制预紧力,是国内外长期以来应用广泛的控制预紧力的方法。费用较低,一般认为误差有±25%。若表面有涂层、支承面,螺纹表面质量较好,力矩扳手示值准确,则误差可显著减小。有润滑的控制效果较好

测量螺栓伸长法

用于螺栓在弹性范围内时的预紧力控制。误差在±3%~5%,使用麻烦,费用高。用于特殊需要的场合

螺母转角法

螺栓预紧达到预紧力F' 时,所需的螺母转角θ由下式求得:

式中 P——螺距,mm;

CL——螺栓的刚度,N/mm

式中 EL——螺栓材料的弹性模量,MPa;

A——螺栓光杆部分截面积,mm2;

As——螺栓的公称应力截面积,mm2

L1、L2、L3见下图,钢螺栓与钢螺纹孔L3=0.5d;钢螺栓与铸铁螺纹孔L3=0.6d

采用此法,需先把螺栓副拧紧到“紧贴”位置,再转过角度θ。误差在±15%。在美国和德国的汽车工业和钢结构中广泛使用

应变计法

在螺栓的无螺纹部分贴电阻应变片,以控制螺栓杆所受拉力,误差可控制在±1%以内,但费用昂贵

螺栓预胀法

对于较大的螺栓,如汽轮机螺栓,用电阻丝加热到一定温度后拧上螺母(不预紧),冷却后即产生预紧力。通过控制加热温度即可控制预紧力

液压拉伸法

用专门的液压拉伸装置拉伸螺栓,使其受一定轴向力,拧上螺母后,除去外力即可得到预期的预紧力