螺栓连接的选用.docx

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螺栓连接的选用

螺栓连接的选用

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   为了充分发挥螺栓连接的潜力和保证连接的可靠性，螺栓的预紧力σp应在小于0.8σs的条件下取较高值，此外σs为螺栓材料的屈服极限。

   在实践中，或按经验数据，或按所取预紧应力σp应取值，或根据连接工作时应具有的残余预紧力或摩擦力来定出连接需要的预紧力大小。

对于受拉螺栓连接，σp的取值如下：

   在一般机械，σp=（0.5~0.7）σs；

   在航空航天机械，σp≈0.35σs；

   在特殊连接如高强度螺栓摩擦连接，

   σp≈0.75σs；

   预紧力指标的确定要考虑如下因素：

是受拉螺栓还是受剪螺栓，螺栓是否承受变载荷，对连接有无密封要求，安装工具和方法的精确程度如何，连接所在部位是否便于安装等。

   一般机械连接，钢螺栓所用的预紧力也可考虑上述因素并参考下表数据确定。

   航空航天机械连接螺栓的预紧力按HBO-63-86确定。

   对于重要的螺栓连接，在产品装配图样中应注明预紧力或拧紧力矩指标，安装时要采取措施严格控制。

   二、螺栓连接的防松

   螺纹连接的不足之处就是在变载、振动和冲击作用下，以及工作温度变化很大时可能松动。

由松动引起连接预紧力减小甚至丧失，从而不能保证连接的紧密性，甚至造成连接松脱或连接中各件过早产生疲劳破坏，最后导致机器或飞行器等严重事故发生。

   松动是一个极复杂和涉及范围很广的问题，至今还有许多问题没有得到很好的解决。

例如载荷引起连接松动特性数据变化的关系，通过典型松动试验方法来评价连接松动特性与实际使用情况的关系，防松方法的应用与选择等。

   1、松动机理

   一般螺栓螺母均用普通螺纹，由于在静载荷下，螺纹升角小于螺纹副的当量摩擦角p′，所以螺栓螺母螺纹副可满足自锁条件，再加上拧紧后螺母（或螺栓）与被连接件或垫圈支承面之间的摩擦，因此如果不是支承面压陷过深，在静载荷下连接都能保证不会松动。

   螺母在开始松动时，要克服螺纹力矩和螺母支承面力矩的阻碍。

在螺栓预紧力Qp的作用下，总的阻止螺母松动力的力矩为：

   使螺母松动的力矩大小与此相等，T′近似等于拧紧力矩T80%。

可以认为，以力矩T拧紧的螺栓连接，只要作用在螺母或螺栓头部的松动力矩不大于0.8T，连接就不会发生松动。

但在变载、振动和冲击作用下，螺纹副的摩擦系数急剧降低，且螺纹副和螺母支承面处的摩擦阻力会瞬时消失，式

（1）此时不再适用，螺纹副不能满足自锁条件而有微量相对滑动，导致螺母回转，这样多次重复就会导致螺栓连接松动。

   在螺母受压和受拉螺栓连接中，当拉力作用时，由于螺纹牙侧面正压力的径向分力使螺母母体径向扩张；而螺栓栓杆则径向收缩，因此螺纹副间将有微量相对滑动。

试验证明，当有此径向相对滑动时，螺母相对于螺栓回转的切向滑动很容易产生，这种现象重复多次导致连接松动。

   以上是关于螺母在拉力载荷作用下从微量相对滑动到回转而最后导致连接松动的机理的两种分析。

   另外即使螺母不回转，螺母和螺栓头部与被连接件或垫圈的支承面由于压强过大而产生塑性环状压陷，并且在使用中这种塑性变形还可能继续发生，结果使连接的预紧力减小，也可能造成连接松动。

   还有螺栓连接中互相接触面（如螺纹牙侧面、各支承面、被连接件相互接触面）由于粗糙度、波纹、形状误差等，在拧紧时产生局部塑性变形，并且在使用中的外力积累作用下，有一部分变形继续发展，也会导致连接松动。

对于某一具体螺栓连接，其松动可能是多种因素引起的，因而涉及的几种松动机理，其中有主有次。

因此防止螺栓连接松动应针对各个因素采取措施，而其根本之点是防止螺纹副向松动方向相对转动。

一般情况增大预紧力是有利于防松的。

再如克服上述两种塑性变形松动的常用方法是采用大垫圈以减小压强和在连接工作一段时间后补拧螺母以消除松动。

   2、防松方法

   根据防松原理可分为靠摩擦力、直接锁住和破坏螺纹运动副关系等三种。

（1）摩擦防松，在螺纹副之间产生一不随外力变化的正压力，以产生一可以阻止螺纹副相对转动的摩擦力，这种正压力可通过轴向或横向或同时两向压紧螺纹副来实现。

（2）直接锁住，用止动件直接限制螺纹副的相对转动。

  （3）破坏螺纹运动副关系，在拧紧后采用冲点、焊接、粘结等方法，使螺纹副失去运动副特性而连接成为不可拆连接。

   采用细牙螺纹、利用其升角小而达到摩擦防松，或同时采取两种防松方法互为补充，也是很好的设计构思。

航空航天机械用螺栓螺母其螺纹直径大于10mm的和许多承受变载的机械用螺栓螺母，都采用细牙螺纹的其原因也在于此。

   常用螺栓连接防松方法，对螺钉连接和双头螺柱连接也适用。

   三、螺栓连接选用的注意事项

   选用螺栓连接时，要区分是受拉螺栓连接还是受剪螺栓连接，或者是受拉受剪螺栓连接。

这三种连接的受力情况、结构细节、防松方法、装配工艺、预紧程度、提高强度的措施等，都有差异。

选用连接时，采用受拉螺栓还是受剪螺栓，主要由被连接的结构形式和载荷状况决定。

   选用螺栓组连接时，要选择好螺栓的数目和安排好各个螺栓的位置。

对于具有对称性的被连接部分，螺栓的布置也应有对称性；对于非对称性的被连接部分，则要根据结构和力流的流向而相应地安排传力点。

   不论被被连接部分和螺栓的布置有无对称性，都尽可能使需要传递的工作载荷——拉力或剪力这螺栓组的形心位置线，也就是通过被连接部分在力矩作用下的旋转或翻转趋势时所绕的轴线。

螺栓的形心尽可能与连接接合面的形心重合。

   一般情况下，螺栓组连接中各个螺栓的材料和规格尺寸都相同。

对于不受结构限制的非对称性螺栓组，或各个螺栓受力相差甚大的螺栓组，有时根据受力情况采用不同材料和规格尺寸的螺栓，例如般空航天结构中某些构件和轴销支座的螺栓组连接。

   螺栓组中各个螺栓的布置还应考虑螺栓孔（包括凸台或沉头座）加工和连接装配的方便。

   螺栓连接中，各个材料和规格尺寸相同的螺栓，要用相同的预紧力拧紧，并应按合理的顺序拧紧各个螺栓，以保证被连接部分接合、贴紧和受压均匀。

   对于重要的连接，应规定需要的预紧力或拧紧力矩的大小，并在拧紧连接时严格控制。

应多采用先进、准确的控制预紧力的装配工具和测量方法。

   每个螺栓连接都应有防松措施。

防松的要领在于防止螺纹副的初始相对转动，而不是防止螺母或螺本对于被连接部分的转动。

必要时，可采用双重防松措施。

   在螺母处应有足够的扳手空间。

螺栓头部处也应有足够的扳手空间或特殊的结构，以便在拧紧连接时将头部扭紧；或者采用在螺栓端部扭紧的方法，对于处于不甚开敞处的连接，更需要考虑安装和拧紧的可能与方便。

   连接中螺栓的间距和连距，其最小值和最大值，都应按选用规范和经验规定。

   螺栓螺纹部分在螺母支承面以下的余留长度和伸出螺母的长度，都应按标准。

在受拉螺栓连接，要有一定的余留螺纹。

在受剪螺栓的连接，此余留螺纹的长度应尽可能小，可以采用补偿垫圈容纳螺纹收尾，以使被连接部分的孔壁全长都与螺栓杆接触，在传递横向力的受剪螺栓连接，沿传力方向的螺栓不宜超过6个，以免各个螺栓受力不均。

   在传递旋转力矩的受剪螺栓组连接和传递翻转力矩的受拉螺栓组连接，合理安排螺栓位置有可能使各个螺栓受力相差不过大，使受力最大螺栓的工作剪力或接力小些。

   对于受剪螺栓连接，可考虑用各种抗剪装置以分担剪力而使连接变为受拉螺栓连接，例如用衬套、齿垫、销等。

   应多考虑各种提高螺栓连接强度的措施，并注意综合评价一个连接设计，以寻求优化的设计方案。

   以上注意事项，对螺钉连接和双头螺柱连接也是适用的。