为了保证连接所需要的预紧力,又不使螺纹连接件过载,对重要的螺纹连接,在装配时要控制预紧力。
预紧力的具体数值应根据载荷性质、连接刚度等具体工作条件确定。对于重要的或有特殊要求的螺栓连接,预紧力的数值应在装配图上作为技术条件注明,以便在装配时加以保证。受变载荷的螺栓连接的预紧力应比受静载荷的大些。
控制预紧力一般是利用控制力矩的方法来实现。因此,应从理论上找出拧紧力矩与预紧力之间的关系。
如图所示,螺母支撑面是内径、外径分别为do、dw的圆环。由于拧紧力矩T的作用,使螺栓与被连接件之间产生预紧力F。
由力学分析可知,作用在螺母上的拧紧力矩T等于螺旋副间的摩擦阻力矩T1和螺母环形端面与被连接件(或垫圈)支承面间的摩擦阻力矩T2之和。即
T=T1+T2
螺旋副间的摩擦力矩为
螺母与支撑面间的摩擦力矩为
所以,作用在螺母上的拧紧力矩
所以,螺栓拧紧力矩的计算公式为:
T=KFd
对于M10~M64粗牙普通螺纹的钢制螺栓,螺纹升角λ=1°42'~3°2';螺纹中径d2=0.9d;螺纹副当量摩擦角ρv=arctan1.f(f为摩擦系数,无润滑时f≈0.1~0.2);螺栓孔径d0≈1.1d,螺母环形支撑面的外径dw≈1.5d;螺母与支撑面间的摩擦系数fc=0.15。将上述各参数代入扭矩系数计算公式,得K≈0.2。
通常规定,拧紧后螺纹连接件的预紧应力F不得超过其材料屈服极限σs的80%。对于一般连接用的钢制连接的预紧力,推荐按下列关系确定:
碳素钢螺栓:F≤(0.6~0.7)σsA1
合金钢:F≤(0.5~0.6)σsA1
式中,σs为螺栓材料的屈服极限;A1为螺栓危险截面的面积,A1≈πd12/4。
国家标准GB/T.2-《螺纹紧固件紧固通则》对螺纹副的拧紧方法作出了规定。
有关扭矩系数、屈服紧固轴力和屈服紧固扭矩可根据螺纹摩擦系数和支承面摩擦系数进行查表得出数据。