螺紋緊固扭矩計算相關知識匯總
螺紋緊固扭矩計算相關知識匯總
-01- 螺栓連接的物理基礎
螺栓連接的理論依據(jù)是古典摩擦定律(classical friction law)-阿蒙頓-庫倫定律,,綜述如下:
摩擦力與法向載荷成正比:
摩擦因數(shù)與接觸面積無關;
摩擦因數(shù)與滑動速度無關;
靜摩擦因數(shù)大于動摩擦因數(shù).
根據(jù)定律定義兩個概念:
全反力:接觸面給物體的摩擦力f與支持力的合力稱全反力R,亦稱接觸反力
摩擦角:全反力與支持力的夾角稱摩擦角,,一般用表示。
-02- 螺栓連接尺寸結構
大徑d(D):它是與外螺紋牙頂或內螺紋牙底相重合的假想圓柱的直徑,,一般定為螺紋的公稱直徑,。
小徑 :它是與外螺紋牙底或內螺紋牙頂相重合的假想圓柱的直徑。是螺紋危險剖面的計算直徑,。
中徑:螺紋的牙厚與牙間相等處的假想圓柱直徑,。
螺距P:相鄰兩牙在中徑上對應兩點間的軸向距離。
·
螺紋線數(shù)n:沿一條螺旋線形成的螺紋稱為單線螺紋,,n=1,。沿兩條或兩條以上,在周向等角度分布,, 在軸向等間距分布的螺旋線形成的螺紋稱為多線螺紋,。
導程s:同一條螺旋線上的相鄰兩牙在中徑上對應兩點間的軸向距離?!闳橥庑€數(shù)為n,,則s=nP。
螺旋升角φ:在中徑圓柱上螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面間的夾角,,其展開形狀右圖所示,。
牙型角a:軸向剖面內,螺紋牙型兩側邊的夾角,。
牙型斜角β:軸向剖面內,,螺紋牙型的側邊與螺紋軸線的垂線間的夾角
-03- 螺栓副受力分析'
(1)矩形螺紋(牙型角α=0)
螺紋副中,螺母所受到的軸向載荷Q是沿螺紋各圈分布的,,為便于分析,,用集中載荷Q代替,并設Q作用于中徑圓周的一點上,。
這樣,,當螺母相對于螺桿等速旋轉時,可看作為一滑塊(螺母)沿著以螺紋中徑展開,,斜度為螺紋升角的斜面上等速滑動,。
勻速擰緊螺母時,相當于以水平力推力F推動滑塊沿斜面等速向上滑動,。設法向反力為N,,則摩擦力為為摩擦系數(shù),,ρ為摩擦角,
由于滑塊沿斜面上升時,,摩擦力向下,,故總反力R與Q的的夾角為
由力的平衡條件可知,R,、F和Q三力組成力封閉三角形,,由下圖可得:
使滑塊等速運動所需要的水平力:
(2)非矩形螺紋
螺紋的牙型角α≠0時的螺紋為非矩形螺紋。非矩形螺紋的螺桿和螺母相對轉動時,,可看成楔形滑塊沿楔形斜面移動,;
平面時法向反力N=Q; 平面時摩擦力
楔形面時法向反力楔形面摩擦力
稱當量摩擦系數(shù)。
楔形面和矩形螺紋的摩擦力相比,,與當量摩擦系數(shù)對應的摩擦角稱為當量摩擦角,,用表示。
擰緊螺母時所需的水平推力及轉矩:由于矩形螺紋與非矩形螺紋的運動關系相同,,將代替ρ后可得:
使滑塊等速運動所需要的水平力:
從上述的推論中可以看出,,力矩的獲得是建立在滑塊等速運動的基礎上,實際應用中,,擰緊工具的轉速變化會影響扭矩值的確定,。
-04- 螺栓頭部摩擦力矩
栓或螺母頭部的摩擦接觸面為圓環(huán)面,滑動摩擦所產生的摩擦力矩可使用積分方法確定,。
-05-扭矩法力矩計算公式
扭矩的產生主要是由于擰緊過程中,,螺栓或螺母的頭部與被連接件或自身的墊片產生摩擦力矩同時內、外螺紋間也產生摩擦力矩