螺紋預(yù)緊力矩計(jì)算

1、1、引言 家用電器廠在生產(chǎn)某型產(chǎn)品時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)批頭、電批套筒或風(fēng)批套筒被打 斷的現(xiàn)象。原因是一些重要零部件如發(fā)熱管、R型彈簧等的固定都需要用很大的 扭力矩來旋緊螺釘，而批頭、電批套筒或風(fēng)批套筒的極限扭力矩不能達(dá)到螺釘擰 緊的擰緊力矩要求，致使其超過能夠承受的最大擰緊力矩而折斷。但是，螺釘?shù)?擰緊力矩到底需要多大？目前尚沒有一個(gè)確切的或者令人信服的標(biāo)準(zhǔn)來衡量。 那么，有沒有辦法給定螺釘比較準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)值呢？答案是肯定的。 下面以某產(chǎn)品彈性元件固定螺釘 PM55 X =3537.3 (Nmm) 3.5373（ Nm） 預(yù)緊力的大小，除了受限于螺釘材料的強(qiáng)度外，還受限于被聯(lián)接件的材料 強(qiáng)度。當(dāng)內(nèi)外螺紋

2、的材料相同時(shí)，只校核外螺紋強(qiáng)度即可。對(duì)于旋合長(zhǎng)度較短、 非標(biāo)準(zhǔn)螺紋零件構(gòu)成的聯(lián)接、內(nèi)外螺紋材料的強(qiáng)度相差較大的受軸向載荷的螺紋 聯(lián)接，還應(yīng)校核螺紋牙的強(qiáng)度。如某型產(chǎn)品彈性元件的固定，因螺釘連接的基材 是壓鑄鋁合金YL113，其強(qiáng)度遠(yuǎn)低于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼20的強(qiáng)度，就應(yīng)校核鋁合 金上螺紋牙型的強(qiáng)度，主要是螺紋材料的剪應(yīng)力及彎應(yīng)力。螺紋牙型的剪應(yīng)力及 彎應(yīng)力按如下公式進(jìn)行校核： 菊應(yīng)力： T- % T K. JI Dbz a 彎應(yīng)力： _ 3Fwh K JI Db22 式中Fw最大軸向外荷載，本例中即預(yù)緊力 F。 （ N） D - 內(nèi)螺紋大徑（mm ） b螺紋牙根部寬度（mm） b=0.87p=0.

3、87 X.8=0.696mm 71 =: （訃0遊4曲） 2 kz載荷不均勻系數(shù) 對(duì)于本例外螺紋為鋼，內(nèi)螺紋為鋁合金的螺紋聯(lián)接，d/p=5/0.8=6.25 V 8, 故=6p/d=0.96。 h螺紋牙的工作高度，為螺紋原始三角形高度 H的5/8，即 冷 X 0,&66025404p=0.54126587p0.443nim z - 螺紋牙數(shù)。本例中，螺釘長(zhǎng)度=10mm，彈簧墊圈、平墊片及 R型彈簧的總厚度4mm， 螺紋的旋合長(zhǎng)度是10-4=6mm。 螺距p=0.8mm， 螺紋 的牙數(shù)z=6/0.8=7.5，取z=7。注：螺紋在鋁合金中的擰入深度即旋合長(zhǎng)度應(yīng)為 （1.52.5）d，照此計(jì)

4、算，本例中旋合長(zhǎng)度應(yīng)為 915mm，而實(shí)際長(zhǎng)度是6mm， 似太短。 I 叮 - 摞紋牙型的剪切許用應(yīng)力，Mpa. T =. n 。螺紋牙型的抗彎許用應(yīng)力Mpa0 = n 材料的安全系數(shù)。對(duì)于在交變載荷作用下的彈性元件（反復(fù)加 熱一一冷卻過程中產(chǎn)生的載荷），其固定螺絲也受交變載荷的影響， 其安全系數(shù) n=1.22.0，取較大值，則n=2.0。 YL113能夠查到的性能參數(shù)是：抗拉強(qiáng)度 ob 230Mpa伸長(zhǎng)率1%。無 疲勞極限和剪切強(qiáng)度。一般伸長(zhǎng)率要控制在 0.5%以內(nèi)，os按前/2取值（因拉 壓力試驗(yàn)機(jī)上沒有用于拉伸試驗(yàn)的夾具，所以 o按此取值），約為115Mpa。 從鋁合金基材上截取一塊試樣

5、，制作成三塊截面為5.0 5.0mm的試件（第 一次試驗(yàn)的試件截面尺寸是10.0 X5.0mm，因拉壓力試驗(yàn)機(jī)的最大壓力達(dá)不到試 件剪切所需的荷重而將截面減小）在拉壓力試驗(yàn)機(jī)上做剪切試驗(yàn)，得到 YL113 的平均剪切強(qiáng)度 T為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 上述計(jì)算說明， 按螺釘?shù)牟牧嫌?jì)算的預(yù)緊力緊固螺紋時(shí)(此

6、時(shí)的擰緊力矩 即為3.5373Nm)，螺紋牙型承受的剪切應(yīng)力小于許用剪切壓力，即在這種情 況下，螺紋牙型的剪切強(qiáng)度是足夠的。 但螺紋的彎應(yīng)力遠(yuǎn)超其抗彎許用應(yīng)力， 其 抗彎應(yīng)力嚴(yán)重不足！因此，需按螺紋牙型的許用彎應(yīng)力計(jì)算螺釘?shù)念A(yù)緊力。即： 由此推出螺釘在螺紋許用彎應(yīng)力下的擰緊力矩應(yīng)為: 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(cè) 2t 550 玄200 4.S 6.750 aooo