螺栓预紧力(拧紧扭矩)计算公式及推导过程

螺栓预紧力本着物尽其用的原则进行计算,在材料性能允许范围呢,拧的越紧越不容易松动。

螺栓预紧力的计算主要考虑螺栓材料的屈服强度、被紧固件的螺纹牙型的强度(剪应力、弯应力)。

首先按照螺栓应力(屈服强度)来计算预紧力及扭矩,同时考虑到材料的许用应力要求,一般规定拧紧后螺纹连接件的预紧力不得大于其材料屈服强度的80%,对于一般连接用的钢制螺栓,推荐的预紧力如下:

碳素钢螺钉预紧力 Fo=(0.6~0.7)×σ×As

合金钢螺钉预紧力 Fo=(0.5~0.6)×σ×As

式中σ是指螺钉材料的屈服强度,As是指螺钉应力截面积。

螺钉应力截面积计算方法如下:

螺栓预紧力(拧紧扭矩)计算公式及推导过程

螺栓预紧力(拧紧扭矩)计算公式及推导过程

至此螺栓预紧力已计算出来,下面根据预紧力计算螺钉拧紧扭矩。

螺栓拧紧时,力矩T用于克服螺纹副的螺纹阻力矩T1及螺母与被联接件(或垫圈)支承面间的端面摩擦力矩T2,即T=T1+T2,根据摩擦力计算公式f=μN,并简化模型计算,可采用右侧经验公式来计算扭矩,即T=K×Fo×d,其中K是拧紧力系数、d是螺纹公称直径、Fo是预紧力。

拧紧力系数K与螺纹中径、螺纹升角、螺纹当量摩擦系数、螺母与被联接件支承面间的摩擦系数有关。而这些参数的取值都比较复杂,要准确地计算出K值,就要通过针对性的试验,同时测得预紧力和紧固扭矩才能间接获得拧紧力矩系数K值。一般情况下的K值,可参考下表中的数据。

螺栓预紧力(拧紧扭矩)计算公式及推导过程

预紧力的大小,除了受限于螺钉材料的强度外,还受限于被联接件的材料强度。当内外螺纹的材料相同时,只校核外螺纹强度即可。对于旋合长度较短、非标准螺纹零件构成的联接、内外螺纹材料的强度相差较大的受轴向载荷的螺纹联接,还应校核螺纹牙的强度。如某型产品弹性元件的固定,因螺钉连接的基材是铝合金,其强度远低于优质碳素结构钢的强度,就应校核铝合金上螺纹牙型的强度,主要是螺纹材料的剪应力及弯应力。

下面以12.9级M10的内六角圆柱头螺钉为例,分布计算,看看此螺钉的拧紧扭矩是多少。

12.9级M10的内六角圆柱头螺钉,屈服强度σ为1080MPa,螺钉应力截面积As为58mm²,带入下式:

12.9级M10的内六角圆柱头螺钉预紧力 Fo=(0.5~0.6)×σ×As=(0.5~0.6)×1080×58=31320N(取小值0.5)

12.9级M10的内六角圆柱头螺钉拧紧力矩 T=K×Fo×d=0.22×31320×10/1000=69Nm

参考文献:

  1. 螺钉螺母紧固扭矩标准规范:https://www.cad2d3d.com/post-1042.html
  2. GB/T 16823.1 螺纹紧固件应力截面积和承载面积:http://www.doc88.com/p-1843464123896.html
  3. M10的螺钉保证载荷3.37吨,做设计不能靠经验,理论计算之后心里更有底:https://www.cad2d3d.com/post-1230.html

公众号CAD2D3D

留言说明对本文有疑问的,请关注本站公众号 CAD2D3D,直接在公众号内留言即可。
转载请注明文章作者:CAD2D3D.com   原文链接:https://www.cad2d3d.com/post-1664.html
作者:CAD2D3D.com   专业等级:知名专家   寻求专业解答
CAD2D3D.com 网站管理员。 更多CAD2D3D.com详细信息