螺纹紧固件

螺纹紧固件第一页，共43页。螺纹不同螺纹的标准如下:国际标准化组织规定的公制螺纹:三角螺纹(UNI4534-4536)梯形螺纹(UNIISO2901-2904)惠氏螺纹(UNI2709)管螺纹:螺纹上的压力接缝严密(UNIISO7-1)螺纹上的压力接缝不严密(UNIISO228)标准锯齿形螺纹(UNI127-128)第二页，共43页。材料螺纹材料的分类取决于机械性能的双精度代码(由点隔开的两个数):x.y其中x=Rm/100andy=10·Rp0.2/Rm几个例子，8.8的含义是Rm=800MPaandRp0.2=640MPa.还有如下标准:3.6-4.6-4.8-5.6-5.8-6.8-9.8-8.8-10.9-12.9.公认的钢铁结构材料工作的最低等级是8.8.螺母的分类取决于一个代码所描述材料极限强度的机械性能.如果螺母使用了与螺栓相同或更高级别的材料,那么它们之间螺纹的强度就得不到保证了.第三页，共43页。过盈配合:压件被螺栓与螺母压缩(厚度减小)螺栓由与被压件反作用而产生轴向载荷(导致长度增加)i=p·n过盈Fp=作用于被压件上的轴向力Fv=作用于螺栓上的轴向力FpFviFp螺纹紧固件第四页，共43页。FPFvup,uv螺栓+紧固件FvuvFpup螺栓紧固件螺纹紧固件:过盈配合图解第五页，共43页。FPFviupuvi工作点螺纹紧固件:过盈配合图解第六页，共43页。螺纹紧固件:轴向力与扭矩的关系螺旋轴线平面正交线程螺纹轴紧固螺旋的扭矩由如下因素影响:螺栓和螺纹的表面接触摩擦力;被压件与螺母或与螺栓顶部的表面接触摩擦力.扭矩的值取决于螺栓和被压件之间的轴向力.第七页，共43页。螺纹紧固件:轴向力与扭矩的关系MT拧紧扭矩Fv螺栓的轴向力dm螺纹中径dt(dt1.3D)紧固件的平均直径–螺栓螺母的接口tanjs(fs)紧固件摩擦系数(夹紧部分-螺栓/螺母接口)tanj(f)螺纹表面摩擦系数螺栓-螺母螺纹接口)Am螺旋角p螺距第八页，共43页。摩擦系数(钢轴):镀铜和磷化处理:用油润滑:0.120.18用MoS2润滑0.100.12螺栓/螺母（表面镀锌）:0.120.18螺栓/螺母（表面镀镉）:0.080.12螺纹紧固件:摩擦系数最小的摩擦系数用于计算最大的扭矩值.第九页，共43页。螺纹紧固件:螺母的松散压力如果松散扭矩存在，那么螺纹体系将会在该载荷下自动解体.第十页，共43页。螺栓紧固后同时有轴向力和扭矩:轴向力Fv扭矩取决于螺母和螺纹接触面的摩擦力:螺纹紧固件:螺栓压力的分布法向应力切应力横截面积第十一页，共43页。螺纹紧固件:螺母上力的分布只取决于材料的性能和螺栓的几何形状等效应力(VonMises)第十二页，共43页。螺栓的最大轴向力:最大紧固扭矩:螺纹紧固件:最大扭矩第十三页，共43页。工作条件下，紧固扭矩会比设计的小:紧固扭矩的不确定性,松动会松动(比如振动)应用扭矩的不确定性由以下引起:摩擦系数不确定(在相同扭矩下增大摩擦系数，螺栓的轴向力会减小),给出扭矩值的不确定度.其中:测力扳手:I=1.6校准脉冲螺丝:I=2.5手动扳手:I=4螺纹紧固件:扭矩的不确定性第十四页，共43页。因为外力的施加,由接触表面粗糙度的改变，螺栓的过盈和轴向力及时减小.n.surfaces=3n.surfaces=2螺纹紧固件:装配松动FpFviiDiDFvFp=Fv第十五页，共43页。螺纹紧固件:螺纹检验在标准螺母上，负载不是均匀分布的:前5-6条螺纹承载90%的外力负荷.第一条螺纹承载最大负荷.第十六页，共43页。工作载荷存在于紧固件和螺栓头或螺母的接触面之间.阻力不变.当装配程序结束工作载荷施加后FvFpFv=FpF’vF’pCF’p+C=F’v螺纹紧固件:工作载荷第十七页，共43页。螺纹紧固件:工作载荷F’v=Fv+DCvF’p=Fp-DCpC=DCv+DCpFpFviupuviCDCpDCvDuF’vF’pFp=Fv第十八页，共43页。螺纹紧固件:工作载荷再分配第十九页，共43页。D公称直径Ev材料的初始模数以上两个0.4D的计算也由螺栓头和螺母引起的系统变形.公称直径只考虑使用螺栓螺纹部分的横截面直径(dm).方程式应按需要转换。l1,A1l2,A2l3,A3Lp螺纹紧固件:螺栓/螺母柔度第二十页，共43页。准确的评估紧固件需要由于载荷引起的应力及应变分布的知识。进行了近似评估参照等效圆柱截面积特征相同厚度的Ap减少同样的负载。紧固件柔度可认为:同种材料的紧固件螺纹紧固件:紧固件柔度不同材料的紧固件第二十一页，共43页。Hp:Dp/det1detdfDpDLpdfDpLp螺纹紧固件:紧固件柔度第二十二页，共43页。Hp:Dp/det1detDLp螺纹紧固件:紧固件柔度第二十三页，共43页。已知C,如果dv增加DCv减少:为了增加螺栓的应力dv可以使用垫圈或使用全螺纹螺栓.也可以增加紧固件的厚度来使应力dp增加！FpFvDCvDCvCCiFv,lim螺纹紧固件:紧固件柔度第二十四页，共43页。根据减小的横截面积可以算出一个新的Fv,lim:dgF’v,limFpFvDCvDCvCCiFv,lim螺纹紧固件:柔度的改变第二十五页，共43页。紧固件间弹性模量的存在引起柔度的增加：工作载荷则主要在螺栓上.FpFviFv,limDCvC螺纹紧固件:弹性模量第二十六页，共43页。FpFviFv,limFeFp螺纹紧固件:弹性模量第二十七页，共43页。初始装配载荷后装配iAiBABLpALpLbBLaLc螺纹紧固件:工作载荷应用第二十八页，共43页。如果外部负载不应用于接触表面和夹紧螺栓和螺母、会员合规被载荷小:CCLp=LvCC螺纹紧固件:工作载荷应用第二十九页，共43页。从负荷的观点:更大螺栓柔度更小紧固件柔度为了安全起见，应进行核查对温度负载的螺栓固定成员和螺栓头和螺母之间的接触面，同时考虑到其应用FpFviFv,limmembers(A)members(B)bolt(A)bolt(B)螺纹紧固件:工作载荷应用第三十页，共43页。最初选择:螺栓数(C=Ftot/n.bolts)材料种类规格静态检验最小轴向力检验疲劳强度检验完成可行不可行完善最初选择相关计算:k-Fv,lim-MT-dv-dp-DFv-DCv-DCp螺纹紧固件:设计程序第三十一页，共43页。静态检验必须在最差的条件下实施:计算应用Fv,lim装配不能松弛装配没有不确定性应用最大工作载荷Cmax其中:螺纹紧固件:静态检验第三十二页，共43页。如果静态检验失败:改变材料种类增加螺栓数减少C减少材料的使用(如80%)使用更长的螺栓(更大的柔度)使用横截面积更小的螺栓:螺纹紧固件:静态检验利用横截面大的螺栓不总是有效：应力减小但--增大.第三十三页，共43页。如果紧固件，螺栓头和螺母之间接触面不平行，我们需要考虑由于螺栓弯曲产生的力:螺纹紧固件:静态检验La第三十四页，共43页。最小压力负荷Fp,lim常常需要应用于紧固件Fp,FviiDiFv,lim/I-DFvFv,limFv,lim/IDCpFp,min螺纹紧固件：最小轴向负荷FTf·Fp,minFT总剪力CS安全系数(1.25-1.6)f摩擦系数n螺栓数m面数第三十五页，共43页。注:如果Fp,min=0(紧固件分离)工作载荷由螺栓承担.如果最小轴向力比需要的小:减少扭矩应用的不确定性降低接触面的表面粗糙度材料种类改变(比Fv,lim大）更硬的螺栓增加螺栓数(比C小)增加紧固件柔度螺纹紧固件:最小轴向载荷第三十六页，共43页。材料种类的线状赫氏图8.812.9(出自VDI2230)没有轧的螺栓冷轧螺栓804050607016080100120140M4M8M10M16M18M30sD(MPa)sD(MPa)0.10.20.30.40.50.60.70.80.9已证实，当sa0.9sD螺栓疲劳断裂螺纹紧固件:疲劳度检验第三十七页，共43页。Hp:0C(t)CmaxFp,FviDCmax,vCmaxDCv(t)Fv,mFv,limFv,a螺纹紧固件：疲劳核查第三十八页，共43页。螺纹紧固件：疲劳核查Hp:CminC(t)CmaxFp,FviFv,aDCmax,vCmaxDCv(t)Fv,mFv,limCminDCmin,v第三十九页，共43页。Hp:Cmin0CmaxFpFviDCmax,vCmaxFv,limCminDCmin,vFv,minFv,maxDCv(t)Fv,aFv,m螺纹紧固件：疲劳核查第四十页，共43页。如果无法证实疲劳失效强度:增加螺栓柔度增加螺栓数(减小C)改变材料种类螺纹紧固件：疲劳核查第四十一页，共43页。单个刚性弹簧垫圈(UNI175)外部止动垫圈(UNI6599)塔长标签垫圈(UNI6600)矩形止动垫圈(UNI6601)开槽六角螺母(UNI5593-5594)薄的方螺帽(UNI5596)…...自锁六角螺母(UNI3377-3723)螺纹紧固件螺纹松动第四十二页，共43页。第一个螺母和第二个螺母的第一次接触装配过程最后的情况第一个螺母逐步为第二个卸载.第一个螺母和螺柱的接触面转化了.螺栓上第一个螺母和第二个螺母之间的部分如弹簧般锁住两个螺母.第二个螺母高于第一,因为它必须支持最大负荷。错对螺纹紧固件：螺纹松动第四十三页，共43页。