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紧固件螺纹拧紧原理以及典型拧紧方法



发布时间:2020/5/13 16:42:44 点击次数:353次

螺纹紧固件的紧固,并不是我们想象的那样,不就是螺丝螺帽吗?用扳手拧紧就行了吧。其实螺纹紧固件的紧固方法有很多种,但是最为简单的,常用的方法就是用手工扳手工具进行拧紧,这种拧紧方法虽然容易操作,但是,对于高轻度或者重要的连接紧固件是行不通的。下面中华标准件网为了让大家谅解到很多的紧固件拧紧的相关知识,分享出紧固件螺纹拧紧原理以及典型的拧紧方法。

一、紧固件螺纹拧紧原理

1、螺纹原理

看下图,以倾斜角β的线,围绕圆柱或圆锥运动时,圆柱或圆锥上就形成了螺旋线。沿着螺旋线产生的沟漕和突起物就是螺纹。圆柱的外侧螺纹叫外螺纹。圆柱的内侧螺纹叫内螺纹。螺纹是内、外一组同时使用的。

螺纹的主要参数:

1)螺距P:相连两个螺纹顶尖的距离。

2)导距L:螺纹旋转一周时,螺纹上一点沿轴线方向前进的距离。

注:一条螺旋线产生的螺纹叫单头螺纹,螺距与导距相等。两条或两条以上的等间隔的螺旋线产生的螺纹叫多头螺纹。

3)螺纹有效直径

2、螺纹拧紧

拧紧是用螺栓、螺母把零件连接起来,不能松动。为了不让其松动,必须在螺栓上施加一个叫“轴向力”的适当拉力(拧紧力)。

实际作业中,因为直接测量轴向力困难,所以螺栓、螺母拧紧时,用“扭矩”代替。

3、螺纹紧固件中的受力情况

螺纹紧固件在紧固状态下,其受力有三个方面:

1)轴力F:作用在外螺纹件轴向拉力(被连接件夹紧力);

2)支承面摩擦力Fw:螺母或螺栓与被连接件表面间摩擦力;

3)螺纹副摩擦力Fs:外螺纹侧面与内螺纹侧面间摩擦力。

正常情况下,三种受力比率为:

4、拧紧力矩和紧固轴力的关系

当对螺母施加力时,将产生力矩。力矩:T=F*L;

其拧紧力矩由两部分组成:

1)支承面摩擦力矩Tw;

2)螺纹副摩擦力矩Ts;

弹性区内,拧紧力矩和紧固轴力(预紧力)的关系式如下:

T=Ts+Tw=K Ff d

预紧力:

Ff=T/Kd

其中,K:扭矩系数,与支承面粗糙度和润滑情况、螺纹副精度和润滑情况等有关。

5、影响预紧力因素

在采用同一扭矩紧固时:

I.摩擦系数上升,K值变大,则预紧力Ff不足;

II.摩擦系数下降,K值变小,则预紧力Ff增大,可导致螺纹连接破坏失效。

6、紧固件拧紧的实质

紧固件用螺纹进行紧固,其拧紧实质为:控制螺纹的紧固轴力(预紧力),保证被连接件所需的夹紧力。

夹紧力需适中:过小夹不紧,被连接件容易松动;过大夹过紧,被连接件容易损伤,同时,也容易造成螺纹件的损坏。

I.轴向预紧力下限值:由联接结构的功能决定,此值必须保证被联接件在工作过程中始终可靠贴合;

II。轴向预紧力上限值:由螺栓(螺母)和被联接件的强度决定,此值必须保证螺栓及被联接件在预紧和服役过程中不发生破坏。

(如:螺栓拉长、拧断、脱扣、被联接件压陷/破裂等)

螺纹件紧固特性如下图:

二、紧固件螺纹典型拧紧方法

紧固系数是选择螺纹拧紧方法的一个重要条件。其紧固件螺纹拧紧法主要有扭矩法、转角法及扭矩斜率法三种常用的典型拧紧方法。

1、扭矩法:扭矩法就是利用扭矩与预紧力的线 性关系在弹性区进行紧固控制的一种方法。该方法在拧紧时,只对一个确定的紧固扭矩进行控制,因此,因为该方法操作简便,是一种一般常规的拧紧方法。但是,由于紧固扭矩的90%左右作用于螺纹摩擦和支承面摩擦的消耗,真正作用在轴向预紧力方面仅10%左右,初始预紧力的离散度是随着拧紧过程中摩擦等因素的控制程度而变化的,因而该拧紧方法的离散度较大,适合一零件的紧固,不适合重要的、关键的零件的连接。

2、转角法:转角法就是在拧紧时将螺栓与螺母相对转动一个角度,称之为紧固转角,把一个确定的紧固转角作为指标来对初始预紧力进行控制的一种方法。该拧紧方法可在弹性区和塑性区使用。根据紧固转角和预紧力的关系可知,Q-F曲线斜率急剧变化时,随着紧固转角的设定误差,预紧力的离散度也会变大。因此,在被连接件 和螺栓的刚性较高的场合,对弹性区的紧固是不利的;对塑性区的紧固时,初始预紧力的离散度主要取决于螺栓的屈服点,而转角误差对其影响不大,故该紧固方法具有可最大限度地利用螺栓强度的优点(即可获得较高的预紧力)。应该注意的是该拧紧方法在塑性区拧紧时会使螺栓的杆部以及螺纹杆部发生塑性变形,因此,对螺栓塑性差的以及螺栓反复使用的场合应考虑其适用性。另外,对预紧力过大,会造成被连接件受损的情况时,则必须对螺栓的屈服点及抗拉强度的上限值进行规定。

3、扭矩斜率法:扭矩斜率法是以Q-F曲线中的扭矩斜率值的变化作为指标对初始预紧力进行控制的一种方法。该拧紧方法通常把螺栓的屈服紧固轴力作为控制初始预紧力的目标值。该拧紧方法一般在螺栓初始预紧力离散度要求较小并且可最大限度地利用螺栓强度的情况下使用。但是由于该拧紧方法对初始预紧力的控制与塑性区的转角法基本相同,所以,需要对螺栓的屈服点进行严格的控制。该拧紧方法与塑性区的转角法相比,螺栓的塑性即反复使用等方面出现的问题较少,有一定的优势,但是,紧固工具 比较复杂,也比较昂贵。

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