螺纹预紧力矩计算

1、1、引言 家用电器厂在生产某型产品时，经常出现批头、电批套筒或风批套筒被打 断的现象。原因是一些重要零部件如发热管、R型弹簧等的固定都需要用很大的 扭力矩来旋紧螺钉，而批头、电批套筒或风批套筒的极限扭力矩不能达到螺钉拧 紧的拧紧力矩要求，致使其超过能够承受的最大拧紧力矩而折断。但是，螺钉的 拧紧力矩到底需要多大？目前尚没有一个确切的或者令人信服的标准来衡量。 那么，有没有办法给定螺钉比较准确的标准值呢？答案是肯定的。 下面以某产品弹性元件固定螺钉 PM55 X =3537.3 (Nmm) 3.5373（ Nm） 预紧力的大小，除了受限于螺钉材料的强度外，还受限于被联接件的材料 强度。当内外螺纹

2、的材料相同时，只校核外螺纹强度即可。对于旋合长度较短、 非标准螺纹零件构成的联接、内外螺纹材料的强度相差较大的受轴向载荷的螺纹 联接，还应校核螺纹牙的强度。如某型产品弹性元件的固定，因螺钉连接的基材 是压铸铝合金YL113，其强度远低于优质碳素结构钢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 弯应力按如下公式进行校核： 菊应力： T- % T K. JI Dbz a 弯应力： _ 3Fwh K JI Db22 式中Fw最大轴向外荷载，本例中即预紧力 F。 （ N） D - 内螺纹大径（mm ） b螺纹牙根部宽度（mm） b=0.87p=0.

3、87 X.8=0.696mm 71 =: （讣0遊4曲） 2 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 V 8, 故=6p/d=0.96。 h螺纹牙的工作高度，为螺纹原始三角形高度 H的5/8，即 冷 X 0,&66025404p=0.54126587p0.443nim z - 螺纹牙数。本例中，螺钉长度=10mm，弹簧垫圈、平垫片及 R型弹簧的总厚度4mm， 螺纹的旋合长度是10-4=6mm。 螺距p=0.8mm， 螺纹 的牙数z=6/0.8=7.5，取z=7。注：螺纹在铝合金中的拧入深度即旋合长度应为 （1.52.5）d，照此计

4、算，本例中旋合长度应为 915mm，而实际长度是6mm， 似太短。 I 叮 - 摞纹牙型的剪切许用应力，Mpa. T =. n 。螺纹牙型的抗弯许用应力Mpa0 = 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 热一一冷却过程中产生的载荷），其固定螺丝也受交变载荷的影响， 其安全系数 n=1.22.0，取较大值，则n=2.0。 YL113能够查到的性能参数是：抗拉强度 ob 230Mpa伸长率1%。无 疲劳极限和剪切强度。一般伸长率要控制在 0.5%以内，os按前/2取值（因拉 压力试验机上没有用于拉伸试验的夹具，所以 o按此取值），约为115Mpa。 从铝合金基材上截取一块试样

5、，制作成三块截面为5.0 5.0mm的试件（第 一次试验的试件截面尺寸是10.0 X5.0mm，因拉压力试验机的最大压力达不到试 件剪切所需的荷重而将截面减小）在拉压力试验机上做剪切试验，得到 YL113 的平均剪切强度 T为107.2Mpa。于是：T. io? 2 T = - =53.6 Mpa n 2 L15 =575 2.0 2721.408 0.96 x3.14x5 x0.696 x7 3Fh _ 3x2721.408x0.443 KJ Db妝 0.96x3.14 x5x0.6962x7 =70567 Mpa = 57.5 Mpa 上述计算说明， 按螺钉的材料计算的预紧力紧固螺纹时(此

6、时的拧紧力矩 即为3.5373Nm)，螺纹牙型承受的剪切应力小于许用剪切压力，即在这种情 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， 其 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钉的预紧力。即： 由此推出螺钉在螺纹许用弯应力下的拧紧力矩应为: T=KF。d =KF w d =0.26 2211.2 5 =2874.56 (N -mm) 2.88( Nm) )0 2 4,250 2. 9 100 3. 4 1( W0 0.35 1, S50 1.4 2,900 2 3 3, &00 3 瓦馬0 L 4 , 700 反1 its 1. 7 N LOJ 2. E 4, 31. U 4.5 氏4UH 5.勺 込4UU . 1 11d ULU LU 1冊 2t 550 玄200 4.S 6.750 aooo