淺析非標準截面形狀受拉緊螺栓擰緊力矩的計算

代麗麗，鄒蒙

（中國直升機設計研究所，江西 景德鎮 333000）

1 前言

確定合適的螺栓擰緊力矩可以起到提高螺紋連接可靠性、改善裝配件疲勞特性和保證不同裝配體之間的連接緊密性等作用。擰緊力矩過小，可能會導致連接失效、結構間錯誤，嚴重得甚至導致結構解體；擰緊力矩過大，則螺栓在受載過程中可能會被拉斷。因此，對于緊螺栓連接方式，螺栓要選擇合適的擰緊力矩，現有的普通實心螺栓可以查詢航標得到擰緊力矩數值，但對于截面形狀存在變化且空腔的螺栓，尚無標準可查，應從理論上找出預緊力和擰緊力矩之間的關系。

2 最小預緊力

螺栓的總拉力F2=殘余預緊力F1+工作拉力F，為使連接可靠，受力后裝配面之間沒有縫隙，應使F1＞0。

推薦采用的F1為：

有密封要求的連接，F1=(1.5～1.8)F；對于一般連接，受載穩定時，F1=(0.2～0.6)F；受載不穩定時，F1=(0.6～1.0)F；地腳螺栓連接，F1＞＞F。

2.1 螺栓剛度的確定

2.2 被連接件剛度的確定

式中，dn為螺栓頭直徑（當螺栓頭與螺母直徑不同時取二者平均值，螺栓頭平均直徑=六邊形外接圓直徑和內切圓直徑之平均值）；L為被連接件厚度；d1為螺栓邊距。

圖1 被連接件有效直徑

3 最大預緊力

4 擰緊力矩

5 實例計算

圖2 非標準截面形狀受拉緊螺栓幾何參數

5.1 最小預緊力

5.2 最大預緊力

5.3 擰緊力矩

螺紋上升角α=2.48°，螺紋摩擦角ρ=11.31°；查表1，f,μ=0.2。

表1 摩擦系數

6 結語

通過計算發現，螺栓最大擰緊力矩僅與緊固件自身的材料性能、幾何參數及摩擦接觸面有關，與被連接結構件沒有關系；螺栓最小擰緊力矩與緊固件、被連接件、工作拉力、工作環境均有關系。當螺栓具有非標準截面形狀時，不能通過查詢航標得出其擰緊力矩范圍，而應經理論計算分析得出其最大最小擰緊力矩，航標僅適用于實心螺栓且具有標準螺紋的情況。