螺纹连接预紧技术优化方案

工程实际中，绝大多数螺纹连接装配时都必须拧紧（称为预紧），使连接在承受工作载荷之前，预先受到力即预紧力的作用。预紧的目的在于增强连接的可靠性、紧密性和防松能力，防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对滑移。适当选用较大的预紧力，有利于提高螺纹连接的可靠性及连接件的疲劳强度。但过大的预紧力也会导致整个连接件的结构尺寸增大，甚至在装配时拧断螺栓。因此，为了保证连接所需的预紧力，又不使连接件过载，对重要的螺纹连接，如气缸盖、压力容器盖、管道凸缘等的连接，装配时要控制预紧力。

通常规定，拧紧后预紧力F0在螺纹连接件中产生的应力不得超过其材料屈服极限的80%。对于一般情况，推荐按以下关系式确定F0：

碳素钢螺栓：F0≤（0.6～0.7）σsA1

合金钢螺栓：F0≤（0.5～0.6）σsA1

式中　A1——螺栓危险截面的面积（mm2），A1≈πd21/4；

σs——螺栓材料的屈服极限（MPa）。

设计中，预紧力的大小应根据连接的工作要求和螺栓的受力情况确定。

预紧拧紧螺母时，施加在扳手上的拧紧力矩T应能克服螺纹副的摩擦阻力矩T1和螺母与被连接件间的摩擦力矩T2，即T=T1+T2，如图7-2所示。由机械原理，可得(www.xing528.com)

图7-2　螺纹副的拧紧

对常用的M10～M68钢制普通粗牙螺纹，无润滑时，取螺纹升角λ=1°42′～3°2′，螺纹副的当量摩擦系数fv=tanφv≈0.15，螺纹中径d2=0.9d，螺栓孔直径d0≈1.1d，螺母环形支承面的外径D0≈1.5d，螺母与被连接件支承面间的摩擦系数f=0.15。将以上关系代入式（7-2）后可得拧紧力矩T与预紧力F0的关系：

当螺栓直径d和所需的预紧力F0已知时，即可按式（7-3）确定扳手的拧紧力矩T。

工程实际中，常采用规定拧紧力矩T的方法来控制预紧力F0，并常使用测力矩扳手（图7-3）或定力矩扳手（图7-4）来控制拧紧力矩。测力矩扳手通过扳手上弹性元件（扳手杆）在拧紧力矩作用下所产生的弹性变形量来指示（指针）拧紧力矩的大小。定力矩扳手具有拧紧力矩超过预定值时自动打滑的特性。当所需拧紧力矩超过预定值时，弹簧被压缩，扳手卡盘与圆柱销之间出现打滑，即使继续增大扳手力矩转动手柄，卡盘也不再转动。预定拧紧力矩的大小可通过调节调整螺钉来设定。需要指出的是，直径小的螺栓在拧紧时很容易被拧断，因此对于重要的螺栓连接，不宜选用小于M12的螺栓。

图7-3　指针式测力矩扳手

图7-4　定力矩扳手

采用测力矩扳手或定力矩扳手控制预紧力的方法，操作简便，但准确性较差，也不适用于大型的螺栓连接。对于大型的螺栓连接，可采用测定螺栓伸长量的方法来控制预紧力。