螺栓擰緊技術(shù)培訓(xùn)

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1、一、螺紋聯(lián)接副受力分析圖1a）、b）、c）示出了螺栓的三種線彈性受力狀態(tài)。和是預(yù)緊力及時(shí)應(yīng)的螺栓變形伸長(zhǎng)量，為下的墊板壓縮量，為ＭＴＳ軸向試驗(yàn)載荷。當(dāng)施加后，螺栓的受力從原來(lái)的增至，對(duì)應(yīng)的變形增量為Δλ，于是螺栓受拉時(shí)，原來(lái)被壓縮的墊板，因螺栓伸長(zhǎng)而被放松，其壓縮變形量也隨之減小到，此時(shí)墊板壓縮力由減至，為殘余預(yù)緊力。根據(jù)材料力學(xué)的變形協(xié)調(diào)條件，墊板壓縮變形的減小量-應(yīng)等于Δλ，因而在殘余預(yù)緊力下墊板的壓縮總量=-Δλ。顯然螺栓的受力=+。為直觀地表達(dá)上述分析，圖2以幾何方式示出了螺栓與墊板的受力和變形協(xié)調(diào)關(guān)系。螺栓拉伸變形由坐標(biāo)原點(diǎn)向右量起，墊板壓縮變形由坐標(biāo)原點(diǎn)向左量起。螺栓剛度，

2、墊板剛度。由圖可見(jiàn)下面四個(gè)等式成立：/=（1）88/=（2）=+（-Δ）（3）（4）將（4）式代入（3）式可得螺栓的預(yù)緊力為：（5）由圖可知=+Δ，再由（4）式可得螺栓總拉力為：（6）上式中稱(chēng)為螺栓的相對(duì)剛度。4討論應(yīng)力幅是影響預(yù)緊螺栓聯(lián)接副疲勞性能的主要因素之一，試驗(yàn)結(jié)果表明，受軸向模擬載荷的預(yù)緊螺栓聯(lián)接副，在最小應(yīng)力不變的條件下，應(yīng)力幅越小，則聯(lián)接副越不易發(fā)生疲勞破壞。當(dāng)聯(lián)接副所受的試驗(yàn)載荷在0～之間變化時(shí)，則螺栓的總拉力將在～之間變化。由（6）式可知，在保持預(yù)緊力不變的條件下，減小螺栓剛度Cb或增大墊板剛度Cm均可達(dá)到減小總拉力Q的變化范圍的目的。另外，試驗(yàn)結(jié)果表明，適當(dāng)選用較大

3、的預(yù)緊力對(duì)螺栓聯(lián)接副疲勞性能是有利的。由（5）式可知，當(dāng)較大時(shí)，可以保證聯(lián)接副有足夠的殘余預(yù)緊力。圖４增大被聯(lián)接件的剛度（Cm2>Cm1，即θm2>θm1）圖3、圖4及圖5分別示出了單獨(dú)降低螺栓剛度Cb，單獨(dú)增大墊板剛度Cm88及同時(shí)降低Cb，增大Cm和增大時(shí)，螺栓的載荷變化情況?？梢?jiàn)這些措施均可減小螺栓的應(yīng)力幅，特別是圖5措施下可使應(yīng)力幅有較大的減小，從而可以提高預(yù)緊螺栓聯(lián)接副抗疲勞破壞的能力。筆者的試驗(yàn)研究結(jié)果也證實(shí)了上述結(jié)論。由以上螺栓聯(lián)接副的受力和變形協(xié)調(diào)關(guān)系分析可知：預(yù)緊螺栓聯(lián)接副承受軸向疲勞載荷時(shí)，螺栓總拉力等于殘余預(yù)緊力與試驗(yàn)機(jī)模擬的軸向力之和。即=+。為工程中合理、安全

4、使用預(yù)緊螺栓聯(lián)接副提供了條件。預(yù)緊螺栓聯(lián)接副服役過(guò)程，需要保證足夠的殘余預(yù)緊力，一旦該預(yù)緊力為零，聯(lián)接件間將出現(xiàn)縫隙，此時(shí)=，即螺栓拉力等于外載荷，聯(lián)接副處于危險(xiǎn)狀態(tài)。高應(yīng)力區(qū)的試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)試驗(yàn)機(jī)模擬的外載荷大于螺栓靜強(qiáng)度的70%，殘余預(yù)緊力為零時(shí)，預(yù)緊螺栓聯(lián)接副在10周次數(shù)量級(jí)即失效破壞。可見(jiàn)，保證足夠的殘余預(yù)緊力是預(yù)緊螺栓聯(lián)接副服役過(guò)程不發(fā)生失效破壞的必要條件。5結(jié)論（1）預(yù)緊螺栓在軸向疲勞過(guò)程中，承受的總拉力并不是預(yù)緊力和試驗(yàn)機(jī)模擬的軸向力之和，而是殘余預(yù)緊力與試驗(yàn)機(jī)施加的軸向力之和。（2）增大墊板剛度，降低螺栓剛度，同時(shí)適當(dāng)增加預(yù)緊力，能減小預(yù)緊螺栓軸向疲勞過(guò)程的應(yīng)力幅，從

5、而提高預(yù)緊螺栓聯(lián)接副抗疲勞破壞的能力。（3）保證足夠的殘余預(yù)緊力是預(yù)緊螺栓聯(lián)接副服役過(guò)程不發(fā)生失效破壞的必要條件。二、螺紋聯(lián)接與擰緊力矩的關(guān)系在受拉螺紋聯(lián)接中，由F0=Fj+(1)式中88F0——螺栓的總拉力；Fj——螺栓預(yù)緊力；F——工作載荷；C1——螺栓剛度；C2——被聯(lián)接件的剛度知螺栓總拉力（F0）等于預(yù)緊力（Fj）加上部分工作載荷（），當(dāng)工作載荷在0與F之間變化時(shí)，螺栓所受拉力在預(yù)緊力Fj與總拉力F0之間變化，螺栓的拉力幅變?yōu)棣?。所以，在聯(lián)接件剛度及工作載荷一定的情況下，螺栓承受的預(yù)緊力Fj直接影響著螺栓的應(yīng)力幅，從而影響螺栓的疲勞強(qiáng)度和聯(lián)接質(zhì)量。因此，在螺栓的工作場(chǎng)合一定的

6、情況下，準(zhǔn)確地控制預(yù)緊力Fj并保持其不減退是很重要的，而預(yù)緊力Fj與螺栓的擰緊力矩有著直接的關(guān)系：T=T1+T2==k*Fj*d(2)式中，T——擰緊力矩；T1——螺紋副力矩；T2——螺母承壓面摩擦力矩；Fj——預(yù)緊力；d2——螺紋中徑；d——螺栓直徑；d0——被聯(lián)接件螺栓孔直徑；——螺紋中徑升角；——當(dāng)量摩擦角；u——螺母與被聯(lián)接件承壓面摩擦系數(shù)；D1——螺母內(nèi)切圓直徑；Kt——擰緊力矩系數(shù)因此，保證螺紋聯(lián)接的可靠性，實(shí)際上也就是保證螺栓預(yù)緊力（Fj）的精確性、可靠性。三、擰緊過(guò)程控制方法3.1扭矩法扭矩法是較常見(jiàn)的一種控制方法，即擰緊螺栓至設(shè)定的扭矩后，擰緊控制機(jī)構(gòu)停止動(dòng)作（參見(jiàn)圖

7、1）。通過(guò)式（2）可以計(jì)算出預(yù)緊力的大小，式中的Kt對(duì)于同類(lèi)的螺紋聯(lián)接可以認(rèn)為是一個(gè)常數(shù)。88圖1扭矩控制法影響扭矩法精度的最大因素不是控制系統(tǒng)本身的精度，現(xiàn)代的電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)并集成有動(dòng)態(tài)扭矩檢測(cè)傳感器的控制系統(tǒng)其精度可達(dá)±1%。影響扭矩法精度的因素主要是由于螺栓的材質(zhì)、加工精度、潤(rùn)滑狀態(tài)、擰緊速度等的不同，從而影響螺紋表面之間、螺母承壓面等各個(gè)螺紋聯(lián)接處的摩擦系數(shù)的變化。由于90%以上的扭矩是用來(lái)克服摩擦力的，因此摩擦系數(shù)的變化對(duì)預(yù)緊力有著直接