拧紧策略及其对螺栓预紧力影响研究

随着飞机结构越来越多地采用整体机加件和复合材料构件,螺栓在主承力结构的连接中起着尤为重要的作用。螺栓拧紧在螺栓连接中是最为重要的环节,拧紧过程中产生的轴向力使螺栓被拉长,被连接件被压缩,而这个轴向力就是预紧力,预紧力作为螺栓拧紧中最为关键的因素,对螺栓连接的可靠性、结构力学性能和疲劳寿命有着非常显著的影响。现常采用扭矩法对螺栓进行拧紧,其中预紧力是通过拧紧扭矩转化得到,该过程受摩擦系数影响显著,而拧紧工艺参数亦会影响摩擦系数,使得预紧力与拧紧力矩的转化关系更加复杂。对不同的拧紧方法进行了比较的同时,发现不同拧紧方法对于预紧力的影响不尽相同,对于预紧力的控制也不尽相同。研究拧紧方法、拧紧工艺参数对拧紧力矩-预紧力转化关系的影响,对于精准获得所需的预紧力有积极的作用。因此,就国内外拧紧策略及其对预紧力影响的研究现状进行综述,主要涉及拧紧方法、拧紧方法对预紧力的影响、拧紧工艺参数对预紧力的影响等三个方面。     

工程车辆车轮螺栓预紧力衰减研究

文中以某工程车辆为例,对车轮螺栓在紧急制动工况下预紧力衰减进行研究。首先对车辆车轮螺栓的预紧力及拧紧力矩进行了理论计算。不同类型螺母、不同螺母厚度、不同紧固方式、不同扭矩系数在紧急制动工况下轴向预紧力衰减不同,使用力矩扳手方式紧固的螺栓在试验后的预紧力不满足设计要求;在冲击载荷下施必牢螺母预紧效果良好,30mm厚度螺母剩余预紧力较大,满足要求。最后在试验的基础上对理论计算最小紧固力矩进行修正,为设计人员理论计算的数据更接近真实工况提供支撑。研究表明：冲击载荷下选择30 mm厚度防松螺母,采用拧紧机拧紧的紧固方法可以得到满足要求的剩余预紧力。     

多螺栓连接结构预紧力实验研究

开展多螺栓连接结构预紧力实验研究,获得了其在纯拧紧力矩作用下的预紧力及其响应规律。研究采用应变片测试方法,首先对单螺栓连接结构进行了预紧力实验,获得了不同拧紧力矩条件下螺杆上的轴向应变、轴向应力及预紧力,并通过与经验公式计算结果比较,验证了预紧力测试方法的合理性。在此基础上,开展了多螺栓连接结构预紧力实验研究。为比较相同拧紧力矩条件下,多螺栓连接结构与单螺栓连接结构预紧力水平间的差异,定义了预紧力比例因子K_(pro)。实验结果表明,由于螺栓组内部各螺栓间的相互影响,其预紧力水平明显低于单螺栓结构,并与螺栓拧紧状态相关。就本文所采用的多螺栓连接结构而言,在拧紧力矩较低、螺栓尚未完全拧紧时,K_(pro)为0.7~0.8,其预紧力水平为单螺栓结构的0.7~0.8倍;当拧紧力矩较高、螺栓处于稳定的拧紧状态时,K_(pr)为0.6左右,其预紧力约为单螺栓结构的0.6倍。     

新型螺纹联接预紧结构的设计与应用

介绍了一种应用于大规格螺纹预紧的新型结构FROMO预紧螺母的结构设计,该结构螺栓只承受纯拉应力。对预紧螺栓预紧力、张紧螺钉拧紧力矩及强度进行计算,通过试验测量螺栓实际伸长量,并与其理论伸长量对比。结果表明,该结构强度足够,在紧固时只需用手动力矩扳手就可以精确控制预紧力,提高效率,保证操作的安全性,并且已在工程中获得良好的应用。     

双锥密封的预紧力

在高压容器的刚性连接封口中,通常是利用楔形原理来降低紧固件(如带双锥垫的封口、用于椭圆垫的连接件等)的预紧力。在双锥垫的力平衡中应考虑密封接触面上的摩擦力。密封垫摩擦力当运动方向改变时,其本身的符号改变,以阻止密封垫位移,相当于提高密封垫的刚性。在双锥封口预紧螺栓的过程中是以专用的液压拧紧器来拧紧的,当液压拧紧器卸压时,由于螺母变形和螺母与头盖的接触面微量不平度,螺栓的载荷力有某些降低。螺栓载荷力的降低是用卸载系数K=P/P_(ocr)来估算(式中P—液压拧紧器对螺栓产生的力;P_(ocr)—液压拧紧器卸压后的螺栓力)。     

控制螺栓预紧力矩的液压装置

工程上普遍采用螺栓来紧固结构。为了增强联接的刚性、紧密性及防松能力,必须对每个紧固螺栓进行拧紧,给予一定的预紧力。预紧力的大小是通过拧紧力矩来控制的,一般工程上采用控制拧紧力矩的方法很多,例如:使用测力矩扳手或定力矩扳手,装配时测量螺栓的伸长量,规定开始拧紧后的扳动角度和圈数等。理论上计算拧紧力矩 T 的公式为 T=T_1+T_2,式中:T_1为螺旋副间的摩擦力矩,T_2为螺母与支承面间的摩擦力矩。由于摩擦力不稳定等种种因素,加在扳手上的力难于准确控制。有时会把螺栓拧得过紧,给以后工作留下隐患;有时会把螺栓拧得太松,而未达到原先要求的预紧。出现上述情况,我们要力求避免。现介绍一种能合理地控制预紧力的液压式预紧螺栓联接方法。     

拧螺栓和拧螺母对螺纹轴向预紧力的影响研究

为了研究拧螺栓和拧螺母对轴向预紧力的影响,基于被连接件材料为钢-钢、钢-铝连接结构,将六角法兰面螺栓和六角法兰面螺母分别压钢状态进行拧紧试验,并利用超声波预紧力测量仪监测拧紧实现的轴向预紧力,结果表明拧螺栓较拧螺母实现的预紧力大。经分析导致该现象主要原因为螺栓法兰面实际锥度比螺母法兰面锥度小,即螺栓法兰面较螺母内外圈高度差小,导致前者支承面摩擦内径更小,同目标扭矩条件下扭矩系数小则转化的轴向预紧力更大。结合有限元分析,验证实测样件法兰面不同锥度受载条件下的应力分布情况,钢板最大应力集中位置为支承面摩擦内径,与试验结果相吻合。     

掘进机转盘轴承螺栓连接可靠性试验

转盘轴承作为掘进机的重要部件,其连接可靠性直接影响设备整体性能及施工效率。通过对掘进机转盘轴承螺栓断裂状态及裂纹变化趋势的分析认为螺栓松动而无法为被连接件提供有效的预紧力,在掘进机截割过程产生的交变作用力下发生疲劳断裂是螺栓断裂的原因。采用试验的方式,分别从螺栓应变、螺栓预紧力矩以及拧紧工艺等方面对转盘轴承螺栓的拧紧过程进行详细的分析,并根据故障原因给出了提高拧紧力矩,实行快速拧紧和采用施必牢螺纹的解决方案,彻底解决了转盘轴承螺栓断裂问题。     

扳手的力矩及可控制力矩扳手

拧紧螺母或螺钉时,螺杆将受轴向预紧力T(图1),这时加在扳手上的力矩M为:M= 式中:P——作用在扳手上的力(通常人作用在扳手上的臂力约15～20公斤); L——扳手力臂长度,一般L≈14d:毫米(d,为螺纹中径)。该力矩M不仅需要克服螺纹工作面上的摩擦阻力矩M_p,而且还要克服螺母与被连接件支承面之间或螺母与垫圈之间的摩擦阻力矩M_o。这两个力矩的大小由机械原理可知。对螺纹工作面上所产生的摩擦阻力矩为:     

汽车高强度螺栓的防松性能的影响因素研究

建立了螺纹联接拧紧力矩与松脱力矩的计算模型,得出拧紧力矩与松脱力矩计算的规律,粗牙螺栓的松脱力矩为拧紧力矩的80%,细牙螺栓的松脱力矩为拧紧力矩的85%。对螺栓防松性能的影响因素进行了理论分析,并通过横向振动试验验证了不同头部结构、弹簧垫圈、预紧力、表面处理等对螺栓防松性能的影响,结果表明:六角法兰螺栓的防松性能较好,弹簧垫圈在预紧力较小时具有一定的防松作用;在一定范围内,随着预紧力、摩擦系数增大,防松性能越好;粗牙螺栓的防松性能较细牙螺栓好。并且提出了部分高强度螺栓的使用建议。     

控制螺纹联接预紧力的方法

工业生产中,螺纹联接质量的重要性已引起广泛的重视.螺纹联接的质量是保证设备质量及设备正常运转的基础.绝大多数螺纹在联接时都要预紧,目的在于增强联接的刚性、紧密性、防松及防滑.预紧力的适当控制又是确保螺纹联接质量的关键.因为螺纹联接的预紧力将对螺纹的总载荷、联接的临界载荷、抵抗横向载荷的能力和接合面密封能力等产生影响.过大或过小的预紧力均是有害的,所以预紧力的大小、准确度都十分重要.从而使预紧力的控制成为螺纹联接的重要问题之一.常用的方法有力矩法、螺母转角法、螺栓预伸长法、特殊垫圈法等,这四种控制预紧力的方法,都是施加力矩拧紧螺栓联接的,所以始终会遇到一个或几个难以（有的几乎不可能）预知的控制因素.如果改变拧紧方法,给螺栓施加拉力,使之伸长,然后轻轻旋紧螺母,待撤去拉力后,由于螺栓收缩就可在联接中产生和拉力相等的预紧力.     

螺栓塑性变形区域转角紧固方法

柴油机的气缸盖、主轴承盖及连杆大头盖等部位，连接螺栓的轴向预紧力决定了螺栓连接牢度、密封性及可靠性。 用扳手拧紧螺栓使其产生轴向拉力时，螺栓同时承受拉应力和扭应力，当拉应力达到材料屈服强度的８０％时，螺栓就会产生塑性变形，因此，紧固螺栓通常是在其弹性变形区域内进行的。 为了充分发挥螺栓的工作能力，螺栓的预紧应力可达材料屈服强度的 ５０％～７０％，预紧力矩约为预紧力与螺纹公称直径之积的０．２倍。约５０％的预紧力矩是由其螺旋面的摩擦力决定的，另５０％则是由螺栓头螺母支承面的摩擦力决定的。用扭力扳手按要…     

压电阻抗技术用于智能螺栓的实验研究

针对工程结构中的螺栓连接件易松动的问题,进行了基于压电阻抗技术(EMI)的螺栓松动监测实验。实验将锆钛酸铅压电陶瓷材料(PZT)直接粘贴在螺栓和螺母上,通过万能试验机对螺栓施加不同的拉力来模拟螺栓预紧力的变化,采用精密阻抗分析仪提取不同螺栓和螺母上压电材料的导纳信号,引入基于电导纳的均方根偏差(RMSD)损伤指标,建立螺栓松动程度和预紧力之间的对应关系。试验结果表明,不同型号的螺栓和螺母上安装的压电材料都可以感知预紧力的变化;得到了损伤指标(RMSD)和预紧力之间的定量对应关系;通过分析损伤指标和预紧力之间的关系可得到螺栓的松动情况,并且可直接定位松动的螺栓。研究表明基于压电阻抗技术的智能螺栓(智能螺母)可以实现松动自检测。     

后桥主锥轴承预紧模型与动态拧紧理论的研究

为研究后桥主锥轴承预紧力矩与主锥拧紧螺母拧紧力矩的关系,提出一种基于回归方程的动态拧紧理论。首先建立主锥轴承预紧力学模型,分析主锥拧紧螺母拧紧力矩与主锥轴承预紧力矩的关系,最后基于回归方程的动态拧紧技术理论,找出最佳轴承预紧力矩对应的主锥拧紧螺母拧紧力矩值,判断垫片厚度选择的合理性,也为拧紧力矩值的范围选取提供参考性意见。     

影响螺栓预紧力因素的工艺研究

为增强螺纹连接的防松能力以及防止横向载荷螺栓连接的滑动,介绍了4种螺纹拧紧力矩的选择标准依据,通过实例计算对比提出了螺纹预紧力矩的选择方法,提出了螺纹拧紧理想预紧力的关键在于选择符合实际的摩擦因数和降低摩擦因数的离散度。利用各种标准依据螺纹预紧力数学模型,对比了4种标准依据的选择特点,验证了实际工作中对于螺纹连接质量反映为拧紧力矩与轴向预紧力的关系。为以后螺栓拧紧力矩的选择提供了理论依据。     

拖拉机使用中的一些误区

误区一:螺栓越紧越好 在用螺栓、螺母联接的紧固件中,为防止松动,应保证螺栓、螺母有足够的预紧力,如缸盖螺栓、连杆螺栓、喷油器压板螺栓等,都必须按规定扭矩拧紧,但又不能拧得过紧,否则会造成联接件在外力作用下产生变形、裂纹和凸起,致使结合面不平;同时螺栓还将产生拉伸永久变形,预紧力下降,甚至造成滑扣或折断,引发事故.如有些机手在装配中怕发生冲缸床等故障,拼命拧紧缸盖螺栓,且又不借助扭力扳手,事后引发了不必要的麻烦.     

拧紧策略对航空发动机单螺栓连接预紧力的影响

针对航空发动机装配过程中出现的螺栓预紧力误差大、控制精度低等问题,基于TC4钛合金单螺栓连接工艺实验,分析了不同拧紧策略对装配预紧力大小及稳定性的影响,具体包括扭矩法、扭矩-转角法等拧紧方法和拧紧速度。在扭矩法的基础上,研究了分步拧紧对预紧力的影响。以单螺栓连接结构和航空发动机典型的法兰螺栓连接结构为研究对象,探索了螺栓预紧力短时衰减规律。结果表明,重复拧紧时扭矩-转角法预紧力标准差大致是扭矩法的三分之一,使用扭矩-转角法、采用分步拧紧和提高拧紧转速均可使拧紧扭矩系数K值趋于平稳,降低预紧力分散程度,提高预紧力控制精度;预紧力在拧紧完成后的短时间内会发生衰减,前5～10min衰减最快,大致占总衰减量的80%,20～30min后预紧力保持稳定。     

带预紧力的螺栓连接有限元分析

在机械通过螺栓连接装配时,绝大数情况螺栓都需要拧紧,使连接在承受工作载荷前,预先受到预紧力作用。施加预紧力的目的在于增加被连接件可靠性和紧密性,防止连接件在工作运转后出现缝隙或相对滑动。基于此,利用ANSYS Workbench软件对法兰用螺栓连接预紧进行有限元分析,证明预紧力可以增加被连接件紧密性;但是当法兰直径过小时,过大预紧力会导致螺栓变形增大,甚至造成螺栓发生塑性变形,而法兰变形也会加大。     

高强度螺栓紧固技术在采煤机中的应用研究

煤矿井下采掘机械承受交变载荷和振动非常严重,对螺纹紧固件拧紧性能有很大影响。研究当前电牵引采煤机分段式机身的螺栓紧固技术,通过螺栓紧固基本原理分析,建立了扭转力矩和预紧力数学模型,对高强度螺栓扭矩力矩控制法、大直径高强度螺栓液压紧固和超级螺母紧固法的特点、工作原理和拧紧性能进行对比,给出了采煤机等重型机械高强度螺栓紧固的依据和建议。研究对提升采煤机机身螺栓紧固的可靠性具有重要意义。     

压力容器中的螺栓预紧力

1.螺栓预紧力的作用及其重要性螺栓在压力容器中,大多是作为密封连接件使用的。工作时,螺栓承受弯曲和剪切力。主体承受较大的轴向力。因而对螺栓的精度和强度要求都较高,高压容器尤甚。螺栓的预紧力是在拧紧螺帽时,给予一定的预紧力量,将连接处密封,确保容器在受到