（1）螺栓和双头螺栓连接作用力的计算 下面所列的计算方法适用于承受内压的阀体与阀盖可拆卸连接的典型结构，如图4-3所示。零件的最高温度不允许达到使零件明显地出现蠕变过程的温度。对奥氏体钢tmax≤500℃，对于珠光体钢tmax≤350℃。
螺栓连接部件的作用力计算是法兰连接强度计算的重要组成部分。现有几种计算方法，其结果各不相同。前苏联中央管道制造工业局采用的法兰连接计算法是按极限载荷计算法，它的计算结果对于公称尺寸DN较小的阀门可得到比华托斯（Waters）法较少的金属用量。
图4-3 典型的阀体与阀盖可拆卸连接
a）带平垫片的连接 b）带楔垫片与压紧环的连接 c）带压紧环和焊接密封圈的无垫片密封连接
下面简述在标准中所规定的可拆卸部件作用力的计算方法。
在计算可拆卸连接部件的作用力时，需要确定预紧螺栓的拉力、在运行条件下螺栓和垫片上的作用力、以及在螺栓上的应力等。螺栓预紧拉力的计算，必须考虑保证垫片与密封面的密封性能，以及在运行、水压试验、有温度、压力作用等过程中的良好密封性能。
可拆卸连接的密封过程是按下列方式进行的：由于螺栓拉紧的结果，在垫片和连接部件的接触面上产生密封比压，在此压力作用下，垫片产生变形，并紧紧地贴合在密封面上，填满表面上的微观不平整处。当容器内形成压力时，产生一种使连接部件分开的作用力，螺栓的弹性力用来阻止这种现象。由于所有力作用在连接处的结果，使得垫片表面上的密封比压下降。计算的任务包括确定在阀体内腔即使在最大的介质静压力作用下（在阀门水压试验时），仍可使连接的密封性得到保证所必须的条件。
螺栓的预紧拉力F0由下列条件来决定：
式中 F0——螺栓的预紧拉力（N）；
FD——压紧垫片所需要的力（N）；
FS——水压试验时可保证垫片密封所需要的力（N）；
Fr——水压试验时水的静压力（N）；
X——载荷系数。
压紧垫片所需要的作用力按下述公式确定：
式中 Dcp——垫片平均直径（mm）；
b——垫片的有效宽度（mm）；
q0——压紧垫片时垫片上的密封比压（MPa），见表4-6。
在标准上所规定的密封比压，比类似计算中过去所采用的值要大得多。
垫片的有效宽度取决于它的类型，如图4-4所示。当b0≤10mm时，b=b0，而当b0＞10mm时，b=10b0，式中b0为垫片的基本宽度。对于楔形垫片，如图4-4a所示。b0从b2sinα和h1tanα二者取其最大值（b0=max{b2sinα；h1tanα}）；对于平面垫片，如图4-4b所示，b0=b1；对于圆形垫片，如图4-4c所示，b0=b1/4。如果在金属垫片上或其他密封面上有水槽的话，则h1、b2和b1的值应扣除水槽截面总宽度。
表4-6 密封比压q0和系数m的值
在工作压力和水压试验时，为保证密封，在垫片上（除楔形自密封垫片外）的作用力为
FDp=πDbmp
Fr=πDbmpr
式中 D——垫片的外径（mm）；
p——工作压力（MPa）；
pr——水压试验时水的静压力（MPa）；
m——系数，见表4-6。
当垫片为楔形自密封时
FDp=Fr=0
图4-4 垫片的类型
a）楔形垫片 b）平面垫片 c）圆形垫片
在工作压力和水压试验的压力下，由介质的压力而产生的作用力按下式确定：
在工作压力和温差作用下，为保证其密封性，应满足如下条件：
F0≥FDp+（1-X）FJ-Ft
式中 Ft——由于温差引起的在螺栓上的作用力（N），（见4.3节）；
X——载荷系数，考虑到内压对预紧连接的螺栓和垫片作用力的影响，X=λD/（λD+λL+λC）；
λD、λL、λC——分别为垫片、螺栓、衬套（垫圈）的柔度系数（mm/N）。
当垫片放置在阀盖与阀体的支承凸肩之间时，其柔度系数按下式确定：
λD=hn/（EnAn）
式中 hn——垫片的计算厚度（mm）；
En——垫片材料的轴向弹性模量（MPa）；
An——垫片的有效面积（mm2）
An=πDcpb
式中 Dcp——垫片的平均直径（mm）。
当楔形密封以及带柔性密封元件的无垫片连接时，取λD=0。
螺栓柔度系数是考虑到螺栓与阀体及螺栓与螺母的螺纹连接部分的柔度和螺栓光杆部分的柔度，按下式确定：
λL=（l+0.6dL）/（ZEmAL）
式中 l——螺栓的自由长度，它是螺母下端面与阀体上端面之间的螺栓长度（mm）；
dL——螺杆直径（mm）；
Z——螺栓数量；
Em——螺栓材料的轴向弹性模量（MPa）；
AL——螺杆的横截面积（mm2）。
衬套（垫圈）柔度系数
λc=hc/（ZEcAc）
式中 hc——衬套（垫圈）高度（mm）；
Ec——衬套（垫圈）材料的轴向弹性模量（MPa）；
Ac——衬套（垫圈）的横截面积（mm2）。
在不同工作条件下，作用在螺栓上的作用力用下列公式计算：
拉紧时作用在螺栓上的总作用力
Fz=F0
水压试验时作用在螺栓上的总作用力
Fz=F0+XFs
工作条件下作用在螺栓上的总作用力
Fz=F0+XFJ+Ft
在不同工作条件下，计算作用在垫片上的作用力按下列公式进行。
拧紧螺栓时
Fnp=F0
楔形垫片水压试验时
Fnp=F0+XFs
其他类型垫片水压试验时(www.xing528.com)
Fnp=F0 -（1-X）Fs
楔形垫片在工作条件下
Fnp=F0+XFJ+Ft
其他类型垫片在工作条件下
Fnp=F0 -（1-X）FJ+Ft
当使用楔形垫片时，同时要确定径向力。
当初始拧紧时
FJp=F0/tanα
当水压试验时
在工作条件下
为了确定螺栓上的应力可使用下列公式：
拉应力
扭应力
式中 Mk——拧紧螺母时需要的力矩（N·mm）
式中 d0——螺栓螺纹外径（mm）；
ζ——螺纹表面状态系数，当表面为精加工，并具有润滑剂时，ζ=0.1；当表面为精加工，但无润滑剂以及表面为粗加工，但有润滑剂时，ζ=0.13；
Wk——抗扭断面系数，
。
当螺栓预热拧紧或预拉伸拧紧时，Mk=0。
螺纹的切应力
式中 d1——螺栓小径（mm）；
h——螺纹（螺纹连接时）工作部分的高度（mm）。
（2）用于法兰连接的螺栓、双头螺柱和螺母所采用的金属材料 螺栓、双头螺柱和螺母所采用的金属材料见表4-7。
表4 - 7 用于法兰连接的螺栓、双头螺柱和螺母所采用的金属材料
（3）螺栓和双头螺柱用各类钢的力学性能计算值 螺栓和双头螺柱用各类钢的力学性能计算见表4-8。
（4）螺栓和双头螺柱的许用应力 螺栓和双头螺柱的许用应力见表4-9。
（5）螺栓和双头螺柱的许用载荷 螺栓和双头螺柱的许用载荷见表4-10。
表4-8 螺栓和双头螺柱用各类钢的力学性能计算
（续）
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注：1.σt—屈服强度，相当于残余相对伸长率为0.2%。
2.σnп—蠕变极限，系当蠕变速度为1×10-7mm/mm·min时的数值。
3.σ∂п—相当于载荷持续时间为100000h的持久强度极限。
4.粗线界线为该钢号避免使用的强度界限。
表4-9 螺栓和双头螺柱的许用应力[σb] （单位：MPa）
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表4-10 螺栓和双头螺柱的许用载荷
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注：[F]计算准确度到前3位，这对实际使用是足够的。
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