螺栓連接的選用

1、螺栓連接的選用緊固件由于體積小、種類多，又是為主機配套的小零件，常常被人忽視。有人說不就是螺絲螺帽嗎？拿過來擰上就行了，哪有那么多說道?！逼鋵嵅蝗?，緊固件雖小卻很重要，缺了它，小到眼鏡，大到飛機，只能是一堆零部件而已，如若選用不當，還會出現(xiàn)機械故障和人身事故。因此，對緊固件的選用成了使用者和設計者關注的問題，尤其是飛機、火箭、汽車、火車等運載工具和大型工程更是如此。現(xiàn)在看來，選用緊固件不單是使用者和設計者的事，而其選用的標準、要求，就是對制造者的標準要求，只有制造者生產(chǎn)的緊固件符合選用者的要求，你的產(chǎn)品才能被選用。因此,此欄目對供需雙方都是有用的，從本期起連續(xù)刊登緊固件選用指南”歡迎緊固件的制

2、造者、使用者、設計者撥冗一讀，從中受益。螺栓是使用廣泛的可拆連接緊固件，一般和螺母配套使用。由于螺栓連接具有易裝拆可重復使用的特點，因此使用非常廣泛。但其缺點是在振動、沖擊、載荷變動和溫差過大的情況下，螺栓連接往往會產(chǎn)生松動而導致機械故障。因此在選用螺栓連接時，除考慮螺栓的材料、性能以及特點、用途外，還應考慮如何防松問題，這也是螺栓選用的重要方面。而對于重要的螺栓連接，還應規(guī)定需要的預緊力或擰緊力矩的大小，因為這關系到螺栓連接的可靠性。一、螺栓連接的預緊1、預緊的目的預緊能保證螺栓連接的可靠性，提高防松能力和螺栓的疲勞強度，增強連接的緊密性和剛性。大量的試驗和使用經(jīng)驗證明：較高的預緊力對連接的

3、可靠性和被連接件的壽命都是有益的，特別是對有密封要求的連接更為必要。但過高的預緊力，如果控制不當或過載常會導致連接失效。2、預緊力Qp的確定普通結構形式的螺栓螺母連接，由于擰緊螺母時螺栓螺紋部分受到有兩種應力，由預緊力引起的拉應力和由螺紋力矩引起的扭轉剪應力。所以擰緊螺母使螺栓斷裂的預緊力一般為為了充分發(fā)揮螺栓連接的潛力和保證連接的可靠性，螺栓的預緊力(Tp應在小于0.8(TS(Tp應在小于0.8(TS的條件下取較高值，此外TS為螺栓材料的屈服極限。在實踐中，或按經(jīng)驗數(shù)據(jù)，或按所取預緊應力TP應取值，或根據(jù)連接工作時應具有的殘余預緊力或摩擦力來定出連接需要的預緊力大小。對于受拉螺栓連接，TP的

4、取值如下:在一般機械，Tp=(0.50.7)TS；在航空航天機械，Tp沁0.35TS在特殊連接如高強度螺栓摩擦連接，tp0.75ts預緊力指標的確定要考慮如下因素：是受拉螺栓還是受剪螺栓，螺栓是否承受變載荷，對連接有無密封要求，安裝工具和方法的精確程度如何，連接所在部位是否便于安裝等。般機械連接，鋼螺栓所用的預緊力也可考慮上述因素并參考下表數(shù)據(jù)確定。耒=圭接用鋼堤栓的預緊力預攣力N(按5啦.7的計算值)域為蠟栓強度等級4.156.88.810.?12.9M6132303P4061SD81?01160013600MS5830714Dinoo143002120024S0DM109310513001

5、7S00235003360030400M12135001(550025900354004900057200M16252叩303004830066100P1000lQQQQM203P400480007560010230014200016000M24515800(5010010SOOD148000205000235000M3090300109000172000235000326000380000M35131000160CDO251000343000474000554000航空航天機械連接螺栓的預緊力按HBO-63-86確定。對于重要的螺栓連接，在產(chǎn)品裝配圖樣中應注明預緊力或擰緊力矩指標，安裝時要采

6、取措施嚴格控制。二、螺栓連接的防松螺紋連接的不足之處就是在變載、振動和沖擊作用下，以及工作溫度變化很大時可能松或連接中各件過早產(chǎn)生疲勞破壞，最后導致機器或飛行器等嚴重事故發(fā)生。松動是一個極復雜和涉及范圍很廣的問題，至今還有許多問題沒有得到很好的解決。例如載荷引起連接松動特性數(shù)據(jù)變化的關系，通過典型松動試驗方法來評價連接松動特性和實際使用情況的關系，防松方法的使用和選擇等。1、松動機理一般螺栓螺母均用普通螺紋，由于在靜載荷下，螺紋升角小于螺紋副的當量摩擦角p所以螺栓螺母螺紋副可滿足自鎖條件，再加上擰緊后螺母（或螺栓）和被連接件或墊圈支承面之間的摩擦，因此如果不是支承面壓陷過深，在靜載荷下連接都能

7、保證不會松動。螺母在開始松動時，要克服螺紋力矩和螺母支承面力矩的阻礙。在螺栓預緊力Qp的作用下，總的阻止螺母松動力的力矩為：T總B熬（PJ-初任血圮1使螺母松動的力矩大小和此相等，T近似等于擰緊力矩T80%。可以認為，以力矩T擰緊的螺栓連接，只要作用在螺母或螺栓頭部的松動力矩不大于0.8T,連接就不會發(fā)生松動。但在變載、振動和沖擊作用下，螺紋副的摩擦系數(shù)急劇降低，且螺紋副和螺母支承面處的摩擦阻力會瞬時消失，式（1）此時不再適用，螺紋副不能滿足自鎖條件而有微量相對滑動，導致螺母回轉，這樣多次重復就會導致螺栓連接松動。在螺母受壓和受拉螺栓連接中，當拉力作用時，由于螺紋牙側面正壓力的徑向分力使螺母母

8、體徑向擴張；而螺栓栓桿則徑向收縮，因此螺紋副間將有微量相對滑動。試驗證明，當有此徑向相對滑動時，螺母相對于螺栓回轉的切向滑動很容易產(chǎn)生，這種現(xiàn)象重復多次導致連接松動。以上是關于螺母在拉力載荷作用下從微量相對滑動到回轉而最后導致連接松動的機理的兩種分析。另外即使螺母不回轉，螺母和螺栓頭部和被連接件或墊圈的支承面由于壓強過大而產(chǎn)生塑性環(huán)狀壓陷，并且在使用中這種塑性變形還可能繼續(xù)發(fā)生，結果使連接的預緊力減小，也可能造成連接松動。還有螺栓連接中互相接觸面（如螺紋牙側面、各支承面、被連接件相互接觸面）由于粗糙度、波紋、形狀誤差等，在擰緊時產(chǎn)生局部塑性變形，并且在使用中的外力積累作用下，有一部分變形繼續(xù)發(fā)

9、展，也會導致連接松動。對于某一具體螺栓連接，其松動可能是多種因素引起的，因而涉及的幾種松動機理，其中有主有次。因此防止螺栓連接松動應針對各個因素采取措施，而其根本之點是防止螺紋副向松動方向相對轉動。一般情況增大預緊力是有利于防松的。再如克服上述兩種塑性變形松動的常用方法是采用大墊圈以減小壓強和在連接工作一段時間后補擰螺母以消除松動。2、防松方法根據(jù)防松原理可分為靠摩擦力、直接鎖住和破壞螺紋運動副關系等三種。（1）摩擦防松，在螺紋副之間產(chǎn)生一不隨外力變化的正壓力，以產(chǎn)生一可以阻止螺紋副相對轉動的摩擦力，這種正壓力可通過軸向或橫向或同時兩向壓緊螺紋副來實現(xiàn)。（2）直接鎖住，用止動件直接限制螺紋副的

10、相對轉動。（3）破壞螺紋運動副關系，在擰緊后采用沖點、焊接、粘結等方法，使螺紋副失去運動副特性而連接成為不可拆連接。采用細牙螺紋、利用其升角小而達到摩擦防松，或同時采取兩種防松方法互為補充，也是很好的設計構思。航空航天機械用螺栓螺母其螺紋直徑大于10mm的和許多承受變載的機械用螺栓螺母，都采用細牙螺紋的其原因也在于此。常用螺栓連接防松方法，對螺釘連接和雙頭螺柱連接也適用。三、螺栓連接選用的注意事項選用螺栓連接時，要區(qū)分是受拉螺栓連接還是受剪螺栓連接，或者是受拉受剪螺栓連接。這三種連接的受力情況、結構細節(jié)、防松方法、裝配工藝、預緊程度、提高強度的措施等，都有差異。選用連接時，采用受拉螺栓還是受剪

11、螺栓，主要由被連接的結構形式和載荷狀況決定。選用螺栓組連接時，要選擇好螺栓的數(shù)目和安排好各個螺栓的位置。對于具有對稱性的被連接部分，螺栓的布置也應有對稱性；對于非對稱性的被連接部分，則要根據(jù)結構和力流的流向而相應地安排傳力點。不論被被連接部分和螺栓的布置有無對稱性，都盡可能使需要傳遞的工作載荷一一拉力或剪力這螺栓組的形心位置線，也就是通過被連接部分在力矩作用下的旋轉或翻轉趨勢時所繞的軸線。螺栓的形心盡可能和連接接合面的形心重合。一般情況下，螺栓組連接中各個螺栓的材料和規(guī)格尺寸都相同。對于不受結構限制的非對稱性螺栓組，或各個螺栓受力相差甚大的螺栓組，有時根據(jù)受力情況采用不同材料和規(guī)格尺寸的螺栓，

12、例如般空航天結構中某些構件和軸銷支座的螺栓組連接。螺栓組中各個螺栓的布置還應考慮螺栓孔（包括凸臺或沉頭座）加工和連接裝配的方便。螺栓連接中，各個材料和規(guī)格尺寸相同的螺栓，要用相同的預緊力擰緊，并應按合理的順序擰緊各個螺栓，以保證被連接部分接合、貼緊和受壓均勻。對于重要的連接，應規(guī)定需要的預緊力或擰緊力矩的大小，并在擰緊連接時嚴格控制。應多采用先進、準確的控制預緊力的裝配工具和測量方法。每個螺栓連接都應有防松措施。防松的要領在于防止螺紋副的初始相對轉動，而不是防止螺母或螺本對于被連接部分的轉動。必要時，可采用雙重防松措施。在螺母處應有足夠的扳手空間。螺栓頭部處也應有足夠的扳手空間或特殊的結構，以便在擰緊連接時將頭部扭緊；或者采用在螺栓端部扭緊的方法，對于處于不甚開敞處的連接，更需要考慮安裝和擰緊的可能和方便。連接中螺栓的間距和連距，其最小值和最大值，都應按選用規(guī)范和經(jīng)驗規(guī)定。螺栓螺紋部分在螺母支承面以下的余留長度和伸出螺母的長度，都應按標準。在受拉螺栓連接，要有一定的余留螺紋。在受剪螺栓的連接，此余留螺紋的長度應盡可能小，可以采用補償墊圈容納螺紋收尾，以使被連接部分的孔壁全長都和螺栓桿接觸，在傳遞橫向力的受剪螺栓連接，沿傳力方向的螺栓不宜超過6個，