螺纹扭矩与预紧力计算Word下载.docx
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拧紧力矩系数K
摩擦衣丽状态
K值
有润滑
无润滑
钻加丄农面
0.10
0.12
一籾III工表面
0.13-0.15
0.18-0.21
表面氧化
0.20
0.24
镀锌
0.18
0.22
1•燥加丄衣面
0.26*0.30
本例中，因为没有具体的实验参数，K按上表取值。
由丁•螺钉拧紧在发热盘铝合金基材上，铝合金的硬度较低，摩擦力较大。
故按于燥加工表面无润滑取值，则
K值的取值范围是0.26〜0.30,取最小值K=0.26o
螺纹联接的预紧力
螺纹联接预紧力的大小，耍根据螺钉组受力和联接的工作耍求决定。
设计时首先要保证所需的预紧力，又不应使联接的结构尺寸过大。
一般规定拧紧后螺纹联接件的预紧力不得人于其材料朋服强度OS的80%0对于一般联接用的钢制螺栓，推荐的预紧力限值如下：
碳索钢螺钉Fo=（0.6-0.7）OsAs（N）
合金钢螺钉Fo=（0.5-0.6）OsAs（N）
式中©
—螺钊材料的屈服强度（MPa）
弹性元件固定螺钉是PM5X10,材料是SWRCH18A,类似丁国产20#优质碳素结构钢，性能等级若按4.8级取值，其公称屈服强度os-320Mpa
As-
—螺纹公称应力载面积mm2
T¥
式中d2——
-外螺纹中径mm
da-
—螺纹的计算直径，d=d-H/6,梵屮H为螺纹原始三角形高
度mm。
di-
…-外螺纹小径mm
AGB196-81《普通螺纹基本尺寸》,PM5X10螺钉的外螺纹小径di=4.134mm,屮径d2=4.480mm,螺距p=0.8mm,螺纹原始三角形高度H=0.866025404p=0.6928203232mm,
所以，d=di-H/6=4.134-0.6928203232/6=4.01852994613mm0
由此，螺纹的公称丿2力截面积As为
2;
T4.480+4.01852994613
42
14.174mm2
Fo=（0.40.7）OsAs二（0・6〜0.7）x320x14.174=2721.408-3174.976（N）,取最小值Fo=2721.408（N）
PM5X10J®
纹的拧紧力矩:
T=KFod
=0.26x2721.408x5
=3537.3（Nmm）
=3.5373（Nm）
预紧力的大小，除了受限丁螺钉材料的强度外，还受限丁被联接件的材料强度。
当内外螺纹的材料相同时，只校核外螺纹强度即可。
対于旋合长度较短、IF标准螺纹各件构成的联接内外螺纹材料的强度相翠仗大的受轴向找荷的螺纹联接，还应校核螺纹牙的强度。
如某樂产品弹性元件的固定，因螺钉连接的基材是压铸铝合金丫L113,其强度远低丁•优质碳素紛构钢20的强度，就应校核铝合金上螺纹牙型的强度，主要是螺纹材料的剪应力及弯应力。
螺纹牙型的剪应力及弯应力按如卜公式进行校核：
剪应力：
T=—W[T]
弯应力:
式中Fw
虽大轴向外荷载,
本例中即预紧力Fo
D内螺纹大径（mm）
b——螺纹牙根部宽度（mm）b=0.87p=0.87x0.8=0.696mm
kz—载荷不均匀系数
对于本例外螺纹为钢，内螺纹为铝合金的螺纹联接d/p=5/0.8=6.25<
8,故
=6p/d=0.96°
h—纹牙的工作高度，为螺纹凍始三角形高度H的5/8,即
h=5H/8=；
X0•866025404p=0•54126587巾〜0•443mm
z——螺纹牙数。
本例中，螺钉长度=10mm,弹簧垫圈、平垫片及
R型弹赞的总片度4mm,螺纹的旋合长度是10・4=6mino螺甌p=0.8mm,螺纹的芳数z二6/0.8二7.5,取z二7。
[注：
螺纹在铝合金中的拧入深度即旋合长度应为
（1.5-2.5）d照此计算，本例中旋合长度应为9〜15mm,而实际长度是6mm,似太短]。
[T]螺纹牙型的剪切许用应力，Mpa0[T]=-o
n
—螺纹牙型的抗弯许用应力，Mpa»
[0]=鼻。
n―材料的安全系数。
对于在交变载荷作用下的弹性元件（反复加热一八却过程中产生的载荷），其固定螺丝也受交变载荷的影响，貝安全系数n二d.2〜20,取较大值，则n=2.0o
YL113能够査到的性能参数是：
抗拉强度ahA230Mpa,ff长率1%。
无疲劳极限和剪切强度。
般伸长率耍控制在0.5%以内，6按6/2取值（因拉压力试验机上没有用丁•拉伸试验的夹具，所以6按此取值），约为115Mpa0
从铝合金基材上截取一块试样，制作成三块截面为5.0x5.0mm的试件（第—•次试骗的试件截面尺寸是10.0x5.0mm,因拉压力试验机的垠大压力达不到试件剪切所需的荷重而将截而减小）在拉压力试验机上做剪切试验，得到YL”3的平均剪切强度T）为107.2Mpao于是：
[T]=k=12H=53.6Mpa
o,
[o]=
115
=57.5n2.0
。
w〜
Db2z
T?
0701AC\Q
w・==37.061MpaAfT]=53.6Mpa
izirvkr014y5y0696y7
0.96
x3.143Fwh3x2721.408x0.4435x0.6962x720*767呦日。
隔卜・述计算说明，按螺钉的材料计算的预紧力紧同螺纹时（此时的拧紧力矩即为3.5373N・m）'
螺纹才型哦受的剪切应力小J许用剪切沐力，即在这种悄况下，螺纹牙型的剪切强度是足够的。
但螺纹的弯应力远超其抗弯许用应力，K抗弯应力严重不足！
因此，需按螺纹牙型的许用弯应力计算螺钊的预紧力。
即：
F（4）=旳二厶上出逆空如.5竺-696?
]?
=?
211.2（N）AFo=2721.4O8
3h3x0.443
由此推出螺钉在螺纹许用弯应力卜•的拧紧力矩应为：
=KFwd=0.26*2211.2x5
=2874.56（Nmm）
-2.88（Nm）S3.5373（Nm）
以上按螺钉材料的疲劳强度、铝合金上螺纹牙型•的抗弯许用应力计算出螺钉的拧紧力矩，分别是3.5373NE和2.88Nm应取最小值2.88Nm
SOP±
规定的弹性元件的扭矩范国是2.07-2.52Nm,小述计算值2.88Nm似嫌小。
家用电器统一使用HIOSCL-6500PS电批苴扭矩范围是031.6Nm显然小于2.07-2.52Nm所以在打R型弹簧螺丝的丄位不能使用HIOSCL-6500PS电批。
选用好帮手PRO-T55LBX批，其扭矩范FR0.7〜6.5Nm可以满足使用要求。
除了风批的扭矩范围耍满足螺钉的拧紧力矩外，批头能够承受的扭矩及螺钉头部的形状对螺钉拧紧力矩的影响也非常重耍，不可忽视。
本例中，批头的最大扭矩应不小T3.0Nm。
前期我们没有注意到这个因素，用普通批头，结果出现了很多批头被打断的现象。
同定弹性元件的螺钉是十字槽盘头螺钉，螺钉头部的十字憎能够承受的扭矩较小，在如此大的扭矩下，容易将十字槽打滑僧。
这就是为什么我们有许多螺钉滑槽的原因。
如果产品结构允许，建议将十字僧加深，或采用十字槽六角头螺钉，用风批套筒固定，可以有效地避免滑槽的产生。
如果必须按螺钉材料的强度确定拧紧力矩，丙为铝合金基材上螺纹的抗弯应力不够，就必须增加螺钉的长度以增加其旋合长度，即增加参与紧固的螺纹牙数，以达到分散发热盘上螺纹分受力的目的，从而降低螺纹牙承受的弯应力。
4、温度对螺纹联接预紧力的影响
在高温下工作的螺纹联接，还耍考虑温差载荷、螺钉和被联接件机械性能的变化、应力松弛等因素的影响。
当螺钉和被联接件的线膨胀系数不同，或工作温度不同，或者两者不同时，由丁•热变形不一致而使螺钉受到额外的温差载荷。
这种温差载荷会使联接的紧固作用减小。
因此，在设计吋必须使剩余预紧力始终大于所耍求的值，以保证联接的紧固与紧密。
一般情况下，螺栓的拧紧力矩与预紧力可参考国标快速査找（如附表）。
但是，对丁•安全性能耍求很高的家用电器，就要准确地确定出螺钉的拧紧力矩与预紧力的关系，其关键任务就是耍获得准确的拧紧力矩系数K的值。
而耍収得准确的K值，就必须对每一种具体的螺钉进行“拧紧力矩一一预紧力”试验。
在获得准确的K值后，才能放心地确定生产装配过程中需耍的拧紧力矩值，而不是仅凭手“感觉”的方法來确定螺钉是否拧紧，因为手动拧紧螺钉吋产生的拧紧力矩大小因人而异，壽感觉不能准确地判断螺钉的松紧。
螺栓
直径
DIN267性能等级（螺栓迢度等级）
3.6
5・6
6
9
&
8
10.9
12.9
M（rrni）
Fv（N）
Ia（Nm）
Fv（M）
Ma（Nm）
心j
Fv（N）*（NE）
亦（Nm）
賂（Nm）
M2
255
0.1
345
0.15
710
0.3
835
0.35
1,170
0.5
1,415
0.6
12.5
485
0.26
655
1,310
0.71
1,550
0.83
2,180
1」8
2,620
1.4
M3
630
0.37
1,050
0.62
1.700
0.99
2,250
1.3
3」50
1.9
3.800
2.2
13.5
850
0.57
1.400
0.95
2.250
1.5
xooo
2
4.250
2.9
5.100
3.4
M4
1J00
0.第
l,R50
2,900
2.3
3,goo
3
5,750
4.4
6,700
F.l
M5
l,8Q0
1.7
3,OOU
2.8
勺800
4.5
6,400
5.9
9,400
7
i1,000
1U
M6
2,550
4,200
4.8
6,750
7.7
%000
10
13,200
15
15,500
18
M8
4,650
7,750
12
12,400
19
16,500
25
2%300
36
2&
400
43
附表：
螺栓标准拧紧力矩及预紧力速杳表
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