拧紧力矩与预紧力
螺栓拧紧方法及预紧力控制
化 工 设 备 与 管 道第42卷螺栓拧紧方法及预紧力控制初泰安(扬子石油化工公司芳烃厂,南京 210048)[摘要] 石化、炼油企业装置上的静密封结构以螺栓法兰垫片连接系统为主,检修期间螺栓拧紧方法的选择和预紧力的正确控制对保证装置的安全运行至关重要。
本文介绍了实际生产中常用的扭矩法、螺母转角法和液压拉伸法的基本原理,并给出了各种预紧力的控制方法及其所能达到的精度,对安装和维修有一定的指导意义。
[关键词] 螺栓; 预紧力; 拧紧; 法兰连接 螺栓法兰连接在化工装置中广为应用。
为了保证法兰连接系统紧密不漏、安全可靠地长周期运行,垫片表面必须有足够的密封比压,特别在高温工况下垫片会产生老化、蠕变松弛,法兰和螺栓产生热变形,高温连接系统的密封比常温困难得多,此时螺栓预紧力的施加与控制就显得十分重要,过大或过小的预紧力都会对密封产生不利影响。
螺栓预紧力过大,密封垫片会被压死而失去弹性,甚至会将螺栓拧断;过小的螺栓预紧力又使受压后垫片表面的残余压紧应力达不到工作密封比压,从而导致连接系统泄漏。
因此如何控制螺栓预紧力是生产实际中必须重视的问题。
1 螺栓拧紧方法1.1扭矩拧紧法扭矩拧紧法[1、2]是最常用的螺栓拧紧方法,通过扭矩扳手显示的扭矩值来控制被连接件的预紧力,操作简单、直观。
拧紧螺栓时的拧紧力矩:M=K t Q0d×10-3N m式中:Q0———预紧力,N;K t———计算系数;d———螺栓的公称直径,m m。
Q0=MK t d×10-3N(1)系数K t与螺纹表面及法兰的光洁度、润滑状况、拧紧速度、所用拧紧工具、以及反复拧紧时的温度变化等有关,通常在0.1～0.3之间变化。
K t的变化将导致预紧力Q0也发生较大变化,变化范围大约在40%左右。
所以,如采用扭矩法拧紧螺栓,其计算载荷需要1.3倍最大工作载荷,这必然会造成螺栓直径增大,或数量增加,或提高材质。
这对简化结构、降低成本,减轻其重量都是不利的。
拧紧力矩与预紧力
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PM5×10为例，来计算它的拧紧力矩。
2、螺纹联接的拧紧力矩我们知道，在螺栓联接中，只有适当的预紧力才能保证螺栓可靠联接。
而预紧力则是通过控制施加于螺钉的拧紧力矩或转角来间接实现的。
但是，螺栓轴力与拧紧力矩之间的对应关系严重地受到摩擦条件的影响。
摩擦一方面是螺纹自锁防松的必要条件，另一方面摩擦消耗大量拧紧力矩（能量）从而影响螺栓轴力。
拧紧时，扳手或电批（风批）力矩T用于克服螺纹副的螺纹阻力矩T1及螺母与被联接件（或垫圈）支承面间的端面摩擦力矩T2。
即T= T1+ T2=KF0 d （N·mm）d——螺纹公称直径（mm）F0——预紧力（N）K——拧紧力矩系数（无量纲）其中，K值与螺纹中径、螺纹升角、螺纹当量摩擦系数、螺母与被联接件支承面间的摩擦系数有关。
而这些参数的取值都比较复杂。
要准确地计算出K 值，就要通过针对性的试验，同时测得预紧力和紧固扭矩才能间接获得拧紧力矩系数K值。
一般情况下，在各种条件下的K值，可参考下表中的数据。
盘铝合金基材上，铝合金的硬度较低，摩擦力较大。
故按干燥加工表面无润滑取值，则K值的取值范围是0.26～0.30，取最小值K=0.26。
螺纹联接的预紧力螺纹联接预紧力的大小，要根据螺钉组受力和联接的工作要求决定。
设计时首先要保证所需的预紧力，又不应使联接的结构尺寸过大。
一般规定拧紧后螺纹联接件的预紧力不得大于其材料屈服强度σs的80%。
预紧力和拧紧力矩的关系
预紧力和拧紧力矩的关系一、引言预紧力和拧紧力矩是机械工程中常用的两个概念。
预紧力是指在连接件上施加的预先拉伸力，而拧紧力矩则是为了达到预定的预紧力而施加在连接件上的力矩。
在机械设计和装配过程中，了解预紧力和拧紧力矩之间的关系对于确保连接件的可靠性和安全性至关重要。
二、预紧力和拧紧力矩的概念及作用预紧力是通过施加一定的力或力矩，使连接件受到拉伸而产生的力。
它可以提高连接件的刚度和承载能力，防止松动和失效。
而拧紧力矩是为了达到预定的预紧力而施加在连接件上的力矩。
拧紧力矩的大小直接影响到预紧力的大小和稳定性，因此在设计和装配连接件时需要准确控制拧紧力矩。
三、预紧力和拧紧力矩的关系预紧力和拧紧力矩之间存在着一定的关系。
一般来说，预紧力和拧紧力矩成正比关系。
即预紧力越大，所需的拧紧力矩也越大；反之，预紧力越小，所需的拧紧力矩也越小。
这是因为预紧力的大小与连接件的材料、断面积以及受力形式有关。
当预紧力增大时，连接件所承受的拉力也增大，此时所需的拧紧力矩也相应增大。
而当预紧力减小时，连接件所承受的拉力减小，所需的拧紧力矩也相应减小。
四、影响预紧力和拧紧力矩的因素1. 螺纹特性：螺纹紧固件的螺纹特性直接影响预紧力和拧紧力矩的大小。
螺纹的粗细、螺距和螺纹材料的摩擦系数等因素都会对预紧力和拧紧力矩产生影响。
2. 摩擦系数：连接件表面的摩擦系数也会影响预紧力和拧紧力矩的大小。
摩擦系数越大，所需的拧紧力矩也越大。
3. 拧紧方式：拧紧连接件的方式也会对预紧力和拧紧力矩产生影响。
不同的拧紧方式会使得相同的预紧力所需的拧紧力矩不同。
4. 拧紧工具：拧紧工具的使用也会对预紧力和拧紧力矩产生影响。
不同类型的扳手或扭矩扳手所施加的力矩大小不同，因此在使用拧紧工具时需要根据具体情况进行选择。
五、如何确定预紧力和拧紧力矩确定预紧力和拧紧力矩的方法主要有两种：经验法和计算法。
1. 经验法：根据经验和实际情况来选择合适的预紧力和拧紧力矩。
高强度螺栓预紧力和拧紧力矩比较分析
高强度螺栓预紧力和拧紧力矩比较分析在钢结构连接中经常使用高强度螺栓。
高强度螺栓连接对于防止松动有良好的可靠性，尤其用于连接动载荷的构件。
在高强度螺栓连接中，预紧力和拧紧力矩是一个很重要的参数。
下面就高强度螺栓的预紧力及拧紧力矩进行探讨，以期得到合理的结果，在今后的设计中应用。
1 预紧力大小的确定高强度螺栓预紧力的大小跟螺栓的材料及其横截面面积有关。
所用材料需要经过调质处理以提高其机械性能，满足使用要求。
国内高强度螺栓的材料一般为45钢、40B钢及40Cr钢。
45钢用作级的螺栓，40B钢及40Cr 钢用作级的螺栓。
预紧力大小由下式计算：P=σb Fi（1-1）式中σb—高强度螺栓材料经热处理后的抗拉强度限，Fi—螺栓的计算面积（按内螺纹直径计算），按下表取。
高强度螺栓的螺纹内径d1和计算面积Fi螺栓公称直径 M16 M18 M20 M22 M24螺纹的内径 (mm)计算面积 (mm2) 149 182 235 2922 拧紧力矩的计算拧紧力矩是为了使螺栓产生预紧力，其大小由预紧力确定。
拧紧力矩由下式计算：M=（kg·m）（2-1）式中 P—高强度螺栓需要的预紧力（t）；d—高强度螺栓的公称直径（mm）。
3 下面就国内外高强度螺栓，根据它们的材料的机械性能计算其预紧力和拧紧力矩，并进行比较和分析，从中找到适合我们应用的预紧力和拧紧力矩。
（1）根据《机械设计手册》（机械工业出版社）材料： 45钢，级；40B钢，级抗拉强度限：45钢，850kN/mm2；40B钢，1550kN/mm2。
计算结果如下表所示。
预紧力Fv (kN)及扭紧力矩MA(N·m)（2）根据《起重机设计手册》（辽宁人民出版社）材料：45钢，级；40B钢，级抗拉强度限：45钢，850kN/mm2；40B钢，1550kN/mm2。
计算结果如下：预紧力Fv (kN)及扭紧力矩MA(N·m)（3）根据ISO5049-1：1994材料：40B钢,40Cr螺栓金属材料的屈服极限R2.0p=900N/mm2（级）预紧应力按下式计算：Fσ= R2.0p（3-1）预紧力按下式计算：Fv =F σAs式中 As—螺栓的计算面积（按螺栓内径计算）正常情况下螺栓以Fv =FσAs进行预紧。
预紧力和拧紧力矩的关系
预紧力和拧紧力矩的关系引言：在工程实践中，紧固件的拧紧是一项重要的工作。
而拧紧的效果与预紧力和拧紧力矩之间存在着紧密的关系。
本文将探讨预紧力和拧紧力矩之间的关系，以及对工程中的应用。
一、预紧力的定义和作用预紧力是指在紧固件紧固过程中施加的初始力。
它的作用是通过弹性变形，使紧固件与被连接的零件产生摩擦力和压力，从而实现紧固的效果。
预紧力的大小直接影响着紧固件连接的可靠性和稳定性。
二、拧紧力矩的定义和作用拧紧力矩是指在紧固过程中施加在紧固件上的力矩。
它的作用是通过扭矩将紧固件拧紧到一定的程度，使其产生足够的预紧力。
拧紧力矩的大小和施加角度直接影响着紧固件的预紧力大小和分布情况。
三、预紧力和拧紧力矩的关系1. 紧固件的特性：不同类型的紧固件在拧紧过程中的预紧力和拧紧力矩之间的关系是不同的。
例如，螺栓的拧紧力矩与预紧力之间存在着一种线性关系，即拧紧力矩与预紧力成正比。
而其他类型的紧固件，如螺母、螺柱等，其预紧力和拧紧力矩之间的关系可能更为复杂。
2. 材料的特性：材料的刚度和弹性模量等物理特性也会对预紧力和拧紧力矩之间的关系产生影响。
通常情况下，材料的刚度越大，预紧力和拧紧力矩之间的关系越稳定。
3. 摩擦力和预紧力的关系：摩擦力是紧固件产生预紧力的重要因素之一。
在拧紧过程中，摩擦力与拧紧力矩呈线性关系，即摩擦力与拧紧力矩成正比。
因此，通过控制拧紧力矩的大小，可以间接地控制预紧力的大小。
4. 紧固件连接的条件：紧固件的连接条件也会对预紧力和拧紧力矩之间的关系产生影响。
例如，当零件表面存在润滑剂或薄膜时，摩擦力会减小，从而导致预紧力和拧紧力矩之间的关系发生变化。
四、预紧力和拧紧力矩的应用预紧力和拧紧力矩的关系在工程实践中具有重要的应用价值。
以下是几个例子：1. 螺栓紧固：在螺栓紧固过程中，通过控制拧紧力矩的大小，可以实现预期的预紧力大小。
这对于确保连接的可靠性和稳定性至关重要。
2. 轮胎安装：在安装车辆轮胎时，需要通过拧紧螺栓来实现轮胎与车轮的连接。
拧紧力矩与预紧力
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PM5×10为例，来计算它的拧紧力矩。
2、螺纹联接的拧紧力矩我们知道，在螺栓联接中，只有适当的预紧力才能保证螺栓可靠联接。
而预紧力则是通过控制施加于螺钉的拧紧力矩或转角来间接实现的。
但是，螺栓轴力与拧紧力矩之间的对应关系严重地受到摩擦条件的影响。
摩擦一方面是螺纹自锁防松的必要条件，另一方面摩擦消耗大量拧紧力矩（能量）从而影响螺栓轴力。
拧紧时，扳手或电批（风批）力矩T用于克服螺纹副的螺纹阻力矩T1及螺母与被联接件（或垫圈）支承面间的端面摩擦力矩T2。
即T= T1+ T2=KF0 d （N·mm）d——螺纹公称直径（mm）F0——预紧力（N）K——拧紧力矩系数（无量纲）其中，K值与螺纹中径、螺纹升角、螺纹当量摩擦系数、螺母与被联接件支承面间的摩擦系数有关。
而这些参数的取值都比较复杂。
要准确地计算出K 值，就要通过针对性的试验，同时测得预紧力和紧固扭矩才能间接获得拧紧力矩系数K值。
一般情况下，在各种条件下的K值，可参考下表中的数据。
盘铝合金基材上，铝合金的硬度较低，摩擦力较大。
故按干燥加工表面无润滑取值，则K值的取值范围是0.26～0.30，取最小值K=0.26。
螺纹联接的预紧力螺纹联接预紧力的大小，要根据螺钉组受力和联接的工作要求决定。
设计时首先要保证所需的预紧力，又不应使联接的结构尺寸过大。
一般规定拧紧后螺纹联接件的预紧力不得大于其材料屈服强度σs的80%。
大型电机螺纹连接的拧紧力矩及预紧力计算
大型电机螺纹连接的拧紧力矩及预紧力计算张爽;邹建华【摘要】简要介绍了大型电机螺纹连接的基本类型，并结合实例详细介绍了螺纹连接的拧紧力矩及预紧力计算过程，对计算值进行了现场验证，以便在电机设计、制造以及用户对电机现场安装、维护维修时，给出准确的螺纹拧紧力矩和预紧力值，为电机设计人员提供参考。
%Fundamental type of threaded connection of large motor is briefly introduced in this paper, combined with examples calculation process of tightening torque and pretightening force of threaded connection are introduced, and calculated value is verified onsite, so as to give accurate threaded tightening torque and pretightening force for designing, manufacturing on-site installation and maintaining of the motor. Reference for the motor designer is also provided.【期刊名称】《防爆电机》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】3页(P17-18,35)【关键词】螺纹连接;拧紧力矩;预紧力【作者】张爽;邹建华【作者单位】国家防爆电机工程技术研究中心，黑龙江佳木斯 154002;佳木斯电机股份有限公司，黑龙江佳木斯 154002【正文语种】中文【中图分类】TM3050 引言在大型凸极电动机运行过程中，经常会出现如电动机磁极螺栓松动导致磁极与定子相擦、电动机机座与底架螺栓松动造成电机振动增大等等，可见螺纹连接时拧紧力矩和预紧力的计算相当重要，螺纹连接的拧紧力矩和预紧力过小，会给电机运行埋下很大的安全隐患。
螺栓预紧力和拧紧力矩
螺栓预紧力和拧紧力矩嘿，朋友们，今天我们来聊聊一个大家可能觉得有点复杂的东西——螺栓的预紧力和拧紧力矩。
别担心，我会把它讲得简单明了，就像咱们在街边小摊上喝豆浆一样轻松。
你有没有遇到过那些拧不动的螺丝？真让人火大，像是在和一块顽固的石头较劲。
拧紧螺栓的过程就像给一块拼图找合适的位置，得让它稳稳当当，才能发挥应有的作用。
想象一下，咱们要把两块铁板给紧紧地连在一起，这就得靠那些可爱的螺栓了。
预紧力，就是在拧螺栓的时候，给它施加一个力，让它紧得像我们的手臂一样结实。
你知道，预紧力可不只是随便使劲那么简单，得讲究技巧和方式。
没准你一不小心，就把螺栓给拧断了，那可就惨了，前功尽弃呀。
像老话说的“好事多磨”，可是我们可不想把好事磨成坏事，对吧？拧紧力矩呢？这玩意儿就像是给螺栓施加的“爱心”，得让它恰到好处。
太松了就像是恋爱时总是保持距离，太紧了又像是死缠烂打，结果适得其反。
你瞧，这个力矩其实就像是黄金分割，讲究个平衡。
拧的越紧，力矩越大，螺栓的工作性能就越好。
这就好比你在推一辆车，力量过小根本推动不了，力量过大了又可能车轮打滑，大家都知道的。
于是，找到那个“刚刚好”的力矩就显得至关重要了。
怎么才能知道自己拧的到底够不够呢？这时候就需要借助一些工具了，像扭矩扳手，真是好帮手，聪明得很。
用这个工具，你就可以轻松掌握力矩，不用再像以前那样摸索，简直是科技带来的便利。
就像我们生活中常用的手机，不用再为找路发愁，只要打开地图，轻松导航，一目了然。
选择合适的螺栓也是关键。
就像挑对象，得找对的，才能搭配得好。
不同的材料、尺寸、甚至螺纹类型，都会影响预紧力和力矩的表现。
你要是不仔细，那可就像在打麻将时随意碰牌，最后输得一塌糊涂。
用对了，能让你的工程稳如泰山；用错了，可能就得返工，真是得不偿失。
我忍不住想起一个故事。
曾经有个朋友在修车，想着自己动手省点钱，结果就开始拧螺栓。
起初觉得没问题，越拧越使劲，最后“咔嚓”一声，螺栓居然断了。
常用高强度螺栓预紧力和拧紧扭矩
常用高强度螺栓预紧力和拧紧扭矩(参考)预紧力Fv(kN)及扭紧力矩MA(N·m)计算方式决定施工高强度螺栓扭矩：Ma=1.1 k Pv d式中： k---扭矩系数，此数据由高强度螺栓制造商提供或在安装前实验得到。
通常k=0.11-0.15,详细数据见供货商的质量报告。
Pv---高强度螺栓预拉力， [kN]；d---高强度螺栓直径，mm。
如何确定机螺丝的紧固力矩关于如何紧固螺栓和螺母的文章已经有很多，但如何恰当地紧固机螺丝（Machine Screws）的文章较少。
与如何确保螺栓和螺母的安全连接一样，在紧固机螺丝时，恰当地选择合适的拧紧力矩十分重要。
恰当的、安全的连接直接关系到装配后产品的质量好坏。
因此在紧固机螺丝时，我们应该计算一下合理的拧紧力矩。
紧固机螺丝的这些力矩与紧固螺栓、螺母的力矩相比起来要小得多。
1、机螺丝拧紧力矩的计算常用的计算螺纹紧固件拧紧力矩的公式为：T=D×K×P其中：T：力矩（牛顿?米/英寸?磅1Nm=9 in.1b）D：螺纹的外径（1mm=0.03937 in）K：螺母的摩擦系数（光杆螺栓 K=0.20 镀锌螺栓 K=0.22 上蜡或带润滑螺栓 K=0.10）P：夹紧力（一般是屈服点抗拉强度值的75%）1．1米制机螺丝米制机螺丝（Metric Machine Screws）有不同的强度等级，每个等级都有相应合适的拧紧力矩。
在ISO国际标准中来制机螺丝（Metric Machine Screws）有两个主要的强度等级：4.8级（类似SAE 60M）和8.8级（类似SAE 120M）。
强度等级4.8表示最小的抗拉强度是480MPa，这约等于每英寸70，000磅（即70，000 Psi）。
强度等级8.8表示最小的抗拉强度是880MPa，约等于每英寸127，000磅（127，000Psi）。
米制电镀锌机螺丝拧紧力矩见表1。
1.2 英制机螺丝对于英制机螺丝（Inch Machine Screws）也有不同的强度等级，每个等级都有相应合适的拧紧力矩。
常用高强度螺栓预紧力和拧紧扭矩
常用高强度螺栓预紧力和拧紧扭矩(参考)预紧力Fv(kN)及扭紧力矩MA(N·m)计算方式决定施工高强度螺栓扭矩：Ma=1.1 k Pv d式中： k---扭矩系数，此数据由高强度螺栓制造商提供或在安装前实验得到。
通常k=0.11-0.15,详细数据见供货商的质量报告。
Pv---高强度螺栓预拉力， [kN]；d---高强度螺栓直径，mm。
如何确定机螺丝的紧固力矩关于如何紧固螺栓和螺母的文章已经有很多，但如何恰当地紧固机螺丝（Machine Screws）的文章较少。
与如何确保螺栓和螺母的安全连接一样，在紧固机螺丝时，恰当地选择合适的拧紧力矩十分重要。
恰当的、安全的连接直接关系到装配后产品的质量好坏。
因此在紧固机螺丝时，我们应该计算一下合理的拧紧力矩。
紧固机螺丝的这些力矩与紧固螺栓、螺母的力矩相比起来要小得多。
1、机螺丝拧紧力矩的计算常用的计算螺纹紧固件拧紧力矩的公式为：T=D×K×P其中：T：力矩（牛顿?米/英寸?磅1Nm=9 in.1b）D：螺纹的外径（1mm=0.03937 in）K：螺母的摩擦系数（光杆螺栓 K=0.20 镀锌螺栓 K=0.22 上蜡或带润滑螺栓 K=0.10）P：夹紧力（一般是屈服点抗拉强度值的75%）1．1米制机螺丝米制机螺丝（Metric Machine Screws）有不同的强度等级，每个等级都有相应合适的拧紧力矩。
在ISO国际标准中来制机螺丝（Metric Machine Screws）有两个主要的强度等级：4.8级（类似SAE 60M）和8.8级（类似SAE 120M）。
强度等级4.8表示最小的抗拉强度是480MPa，这约等于每英寸70，000磅（即70，000 Psi）。
强度等级8.8表示最小的抗拉强度是880MPa，约等于每英寸127，000磅（127，000Psi）。
米制电镀锌机螺丝拧紧力矩见表1。
1.2 英制机螺丝对于英制机螺丝（Inch Machine Screws）也有不同的强度等级，每个等级都有相应合适的拧紧力矩。
拧紧力矩与预紧力
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PM5×10为例，来计算它的拧紧力矩。
2、螺纹联接的拧紧力矩我们知道，在螺栓联接中，只有适当的预紧力才能保证螺栓可靠联接。
而预紧力则是通过控制施加于螺钉的拧紧力矩或转角来间接实现的。
但是，螺栓轴力与拧紧力矩之间的对应关系严重地受到摩擦条件的影响。
摩擦一方面是螺纹自锁防松的必要条件，另一方面摩擦消耗大量拧紧力矩（能量）从而影响螺栓轴力。
拧紧时，扳手或电批（风批）力矩T用于克服螺纹副的螺纹阻力矩T1及螺母与被联接件（或垫圈）支承面间的端面摩擦力矩T2。
即T= T1+ T2=KF0 d （N·mm）d——螺纹公称直径（mm）F0——预紧力（N）K——拧紧力矩系数（无量纲）其中，K值与螺纹中径、螺纹升角、螺纹当量摩擦系数、螺母与被联接件支承面间的摩擦系数有关。
而这些参数的取值都比较复杂。
要准确地计算出K 值，就要通过针对性的试验，同时测得预紧力和紧固扭矩才能间接获得拧紧力矩系数K值。
一般情况下，在各种条件下的K值，可参考下表中的数据。
本例中，因为没有具体的实验参数，K按上表取值。
由于螺钉拧紧在发热盘铝合金基材上，铝合金的硬度较低，摩擦力较大。
故按干燥加工表面无润滑取值，则K值的取值范围是0.26～0.30，取最小值K=0.26。
螺纹联接的预紧力螺纹联接预紧力的大小，要根据螺钉组受力和联接的工作要求决定。
设计时首先要保证所需的预紧力，又不应使联接的结构尺寸过大。
某飞行器用紧固件拧紧力矩与预紧力关系研究
某飞行器用紧固件拧紧力矩与预紧力关系研究张晓斌;于建政;贾晓娇;单垄垄;唐霄汉;申庆援【摘要】分析了某飞行器部段连接紧固件拧紧力矩与预紧力的关系,以M8、M10规格钛合金紧固件为研究对象,着重研究了钛合金紧固件在飞行器部段实际安装环境下,安装次数对拧紧力矩与预紧力的影响,以及扭拉系数随安装次数的变化规律.研究结果表明:当螺栓的预紧力达到10％Fmax～50％Fmax(Fmax为螺栓的理论破坏拉力值)时,钛合金紧固件螺纹副的拧紧力矩与预紧力呈良好的线性关系;随着反复拧入次数的增加,达到相同的预紧力时,所需的拧紧力矩呈现递增的变化规律,其扭拉系数也明显呈递增变化趋势.【期刊名称】《航空制造技术》【年(卷),期】2016(000)008【总页数】4页(P81-84)【关键词】紧固件;拧紧力矩;预紧力;测试【作者】张晓斌;于建政;贾晓娇;单垄垄;唐霄汉;申庆援【作者单位】航天精工股份有限公司,天津300300;航天精工股份有限公司,天津300300;航天精工股份有限公司,天津300300;航天精工股份有限公司,天津300300;北京宇航系统工程研究所,北京100076;航天精工股份有限公司,天津300300【正文语种】中文航空航天飞行器部段之间通常是由紧固件连接完成的，结构连接的可靠性取决于螺栓、螺母的安装质量[1]。
拧紧力矩是保证安装质量的重要手段，在缺乏安装拧紧力矩指导的条件下，工人在进行螺栓螺母类紧固件安装时，容易出现螺栓转动与拧断螺栓的现象，在装配现场，转动和拧断的螺栓可以更换，但没有拧断却又处于极限状态时，会给飞行器部段连接带来极大的隐患。
预紧力是安装质量的表现形式，在进行飞行器部件连接设计时，必须掌握拧紧力矩与预紧力的匹配关系[2]。
由于螺栓的工况条件复杂，拧紧力矩标准制定的难度较大，国内外专门规定螺栓拧紧力矩的标准不多。
随着型号质量工作的加强，航空航天飞行器型号设计单位对力矩控制技术越来越重视，呼吁开展拧紧力矩技术的研究。
常用高强度螺栓拧紧扭矩与预紧力
1.2 英制机螺丝 对于英制机螺丝（Inch Machine Screws）也有不同的强度等级，每个等级都有相应合适 的拧紧力矩。在标准 SAEJ82 中对于英制机械螺栓有两种强度等级：60M 级和 120M 级。强度等级 60M 表示最小的抗拉强度是 60，000Psi；强度等级 120M 表示最小抗拉强度是 120，000Psi。在 SAE J429中，强度等级 5.2 相当于在标准 SAE J82 中的强度等级 120M，即也有约 120， 紧固件的同行！您好！我是m Design 机械设计平台中国区总代理。非常期待与您的合作。我们希 望在紧固件领域能有所作为。
Thread diameter d Hold diameter
M12 M16 M20 M22 M24 M27 M30 13 17 21 23 25 28 31
Required Prestressing 50
force Pv [kN]
100 160 190 220 290 350
Ma1) MoS2 lubricated 100 250 450 650 800 1250 1650
常用的计算螺纹紧固件拧紧力矩的公式为： T=D×K×P 其中： T：力矩（牛顿?米/英寸?磅 1Nm=9 in.1b） D：螺纹的外径（1mm=0.03937 in） K：螺母的摩擦系数 （光杆螺栓 K=0.20 镀锌螺栓 K=0.22 上蜡或带润滑螺栓 K=0.10） P：夹紧力（一般是屈服点抗拉强度值的 75%） 1．1 米制机螺丝 米制机螺丝（Metric Machine Screws）有不同的强度等级，每个等级都有相应合适的拧 紧力矩。在 ISO 国际标准中来制机螺丝（Metric Machine Screws）有两个主要的强度等级： 4.8级（类似 SAE 60M）和 8.8 级（类似 SAE 120M）。强度等级 4.8 表示最小的抗拉强度是 480MPa， 这约等于每英寸 70，000 磅（即 70，000 Psi）。强度等级8.8 表示最小的抗拉强度是 880MPa， 约等于每英寸 127，000 磅（127，000Psi）。米制电镀锌机螺丝拧紧力矩见表 1。
预紧力,力矩
Mt＝K×P0×d×10－3 N.m
K:拧紧力系数 d：螺纹公称直径
P0：预紧力
P0＝σ0×As As也可由下面表查出
As＝π×ds2/4 ds:螺纹部分危险剖面的计算直径
ds＝（d2＋d3）/2 d3= d1－H/6 H：螺纹牙的公称工作高度
σ0 ＝（0.5～0.7）σs σs――――螺栓材料的屈服极限N/mm2 （与强算：公式力矩T=KFd，K为拧紧力矩系数，F为预紧力，d为螺纹的公称直径，
K值查表：(K值计算公式略)
摩擦表面状况 K值
有润滑 无润滑
精加工表面 0.10 0.12
一般加工表面 0.13~0.15 0.18~0.21
表面氧化 0.20 0.24
镀 锌 0.18 0.22
公称应力截面积As/mm2 5.03 6.78 8.78 14.2 20.1 28.9 36.6 58 84.3 115 157 192 245 303 353 459 561 694 817
补充：
螺栓预紧力与紧固力矩的关系式：M=0.2FD
式中 F----预紧力 D----螺栓直径
F=0.2D/M
干燥的粗加工表面 0.26~0.3
σs查表：
螺纹性能等级 3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 9.8 10.9 12.9
σs 或σ0.2N/mm2 180 240 320 300 400 480 640 720 900 1080
As查表：
螺纹公称直径d/mm 3 3.5 4 5 6 7 8 10 12 14 16 18 20 22 24 27 30 33 36
螺栓预紧力与拧紧力矩的公式换算
螺栓预紧力与拧紧力矩的公式换算
本文为“自动机算模板“系列原创文档之一，本文档主要介绍螺栓预紧力与拧紧力矩的公式换算和如何使用免费开源的软件wxMaxima让计算机为我们自动计算复杂公式数值的过程和方法。
理论依据
已知预紧力F0，拧紧力矩与预紧力F0的对应关系参考成大先《机械设计手册》第五版。
T=K*F0*d
其中：
T为拧紧力矩，N·mm；（1000N·mm=1N·m）
K为拧紧力矩系数，无量纲；
F0为预紧力，N；
d为螺纹公称直径，mm;
拧紧力矩系数K值可以通过下表查得：（摘自成大先《机械设计手册》表
计算范例
以M12螺纹连接为例：
wxMaxima输入单元的数值表达式如下：
K:0.2;
F0:16000;
d:12;
T:K*F0*d;
软件wxMaxima，大家可以从网上下载并安装，这个软件是免费的。
安装后，打开软件，然后把我上面列出的公式复制进去，修改数值，点击菜单栏的“单元”→“对单元进行求值”，即可在几秒内获得想要的计算结果。
由上图可以看到拧紧力矩的计算结果：T=38400N·mm=38.4N·m
计算结果的评估
得到计算结果后，需要根据工程实际情况判断预紧力或拧紧力矩是否合适。
一般而言，预紧力不容易测量得到，拧紧力矩则可以通过力矩扳手进行控制。
铝材的强度小于钢材，所以当螺钉材料是钢、零件材料是铝材时，预紧力和拧紧力矩应选取的小一些，一般螺栓等级的选取不能大于5.6级。
通过本文方法计算得到的拧紧力矩数值可以与《螺栓尺寸、强度等级、预紧力和预紧扭矩对照表》进行比对和选用，工程应用时还要通过实验测试来验证。
螺栓拧紧力矩和预紧力的关系
螺栓拧紧力矩和预紧力的关系好嘞，今天咱们聊聊螺栓拧紧力矩和预紧力的那些事儿。
哎呀，听到这些专业名词，有点儿晕是吧？别担心，咱们慢慢来，轻松点儿，像喝杯茶那么简单。
螺栓这小东西可真是个大人物，啥车、啥机器都少不了它。
想象一下，没有螺栓，车轮子想飞？根本不可能呀！就像失去头脑的马戏团，乱成一团，真是个笑话。
说到拧紧力矩，那就得用个简单的比喻。
想象你在拧瓶盖。
你用力拧的时候，有没有感觉到那种“咔”的一声，瓶盖被你捏紧了？对，就是这个意思。
力矩就是你施加的力和那个力作用的距离的乘积。
听起来高深，但其实就是你多用点儿劲儿，拧得越紧。
反正拧的越多，瓶盖就越牢靠，没错吧？然后说到预紧力，这可是个绝妙的概念，简直就是螺栓的“安全带”。
想想你开车，系好安全带，心里是不是也踏实多了？预紧力就是在装配螺栓时，提前给它施加的力。
这样一来，当机器运转的时候，螺栓就不会轻易松动，绝对稳得住。
就像一位稳重的保镖，随时准备护着你的安全。
可别小看这预紧力，关键时刻，它可是起到保护生命的作用。
你想，机器一运转，要是螺栓松了，那可就糟糕了，像是火山爆发，后果不堪设想。
所以说，拧紧力矩和预紧力之间的关系就像是一对好朋友，互相依赖，缺一不可。
很多人可能觉得，这些听起来没什么关系，咱们的生活中到处都是这门道。
比如你去餐厅吃饭，点的菜上桌，厨师用的刀叉、锅碗瓢盆，背后都少不了这些“拧紧”的小帮手。
再比如，你在家修个东西，拧个螺丝，一不小心就拧得太紧，结果反而把东西给搞坏了。
这就像有时候过于操心反而把事情搞得更糟糕，明明是好心，却弄巧成拙。
拧紧力矩和预紧力就像做菜，太多盐会咸得你直翻白眼，太少了又没味儿，恰到好处，才是王道。
就算你在拧螺栓，也得拿捏好力度，过于用力和不够用力，结果都让人心塞。
没错，生活就是这样，得讲究个平衡。
拧紧的时候，如果你没用工具，那就像在沙滩上用手挖坑，费劲不说，还不靠谱。
工具能帮你提高效率，轻松拧得更紧，省事儿还省力。
螺纹预紧力和拧紧力矩设计计算公式书
三、螺栓拧紧力矩和预紧力计算
拧紧力矩的计算:T=T1+T2=Ftan(∅+ρv)d2
2+Fμ
3
×D w3−d03
D w3−d02
=KFd (1)
K=d2
2d tan(∅+ρv)+μ
3d
×
D
w−d03
3
D w3−d02
(2)
式中d——螺纹公称直径, mm；
F——预紧力, N；
d2——螺纹中径, mm；
∅——螺纹升角；
ρv——螺纹当量摩擦角, ρv=arctanμv；
μv——螺纹当量摩擦因数；
Μ——螺母与被连接件支承面间的摩擦因数；
K——拧紧力矩系数（推荐从下表中选取）；
D w、d0见图3-1。
图3-1
预紧力计算:F=(0.5~0.6)σS A s (3)
式中σS——螺栓材料的屈服点，MPa;
A S——螺栓公称应力截面积，mm²;
螺栓公称应力截面积：A S=π
4(d2+d3
2
)2 (4)
螺纹的计算直径：d3=d1−H
6
(5)
螺纹的原始三角形高度：H=√3
2
P=0.866P (6)
式中
d1——外螺纹小径, mm；
d2——外螺纹中径, mm；
d3——螺纹的计算直径, mm；
H——螺纹的原始三角形高度,mm；
P——螺纹的螺距，mm。
一般规定拧紧后螺纹连接件预紧应力不得大于其材料的屈服点σS的80%。
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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PM5×10为例，来计算它的拧紧力矩。
2、螺纹联接的拧紧力矩我们知道，在螺栓联接中，只有适当的预紧力才能保证螺栓可靠联接。
而预紧力则是通过控制施加于螺钉的拧紧力矩或转角来间接实现的。
但是，螺栓轴力与拧紧力矩之间的对应关系严重地受到摩擦条件的影响。
摩擦一方面是螺纹自锁防松的必要条件，另一方面摩擦消耗大量拧紧力矩（能量）从而影响螺栓轴力。
拧紧时，扳手或电批（风批）力矩T用于克服螺纹副的螺纹阻力矩T1及螺母与被联接件（或垫圈）支承面间的端面摩擦力矩T2。
即T= T1+ T2=KF0 d （N·mm）d——螺纹公称直径（mm）F0——预紧力（N）K——拧紧力矩系数（无量纲）其中，K值与螺纹中径、螺纹升角、螺纹当量摩擦系数、螺母与被联接件支承面间的摩擦系数有关。
而这些参数的取值都比较复杂。
要准确地计算出K 值，就要通过针对性的试验，同时测得预紧力和紧固扭矩才能间接获得拧紧力矩系数K值。
一般情况下，在各种条件下的K值，可参考下表中的数据。
盘铝合金基材上，铝合金的硬度较低，摩擦力较大。
故按干燥加工表面无润滑取值，则K值的取值范围是0.26～0.30，取最小值K=0.26。
螺纹联接的预紧力螺纹联接预紧力的大小，要根据螺钉组受力和联接的工作要求决定。
设计时首先要保证所需的预紧力，又不应使联接的结构尺寸过大。
一般规定拧紧后螺纹联接件的预紧力不得大于其材料屈服强度σs的80%。
对于一般联接用的钢制螺栓，推荐的预紧力限值如下：碳素钢螺钉F0 =（0.6~0.7）σs A s (N)合金钢螺钉F0 =（0.5~0.6）σs A s (N)式中σs——螺钉材料的屈服强度（MPa）弹性元件固定螺钉是PM5×10，材料是SWRCH18A，类似于国产20#优质碳素结构钢，性能等级若按4.8级取值，其公称屈服强度σs =320Mpa。
A s ——螺纹公称应力截面积 mm2 。
式中d2——外螺纹中径mmd3——螺纹的计算直径，d =d -H/6 ，其中H为螺纹原始三角形高度mm。
d1——外螺纹小径mm查GB196-81《普通螺纹基本尺寸》，PM5×10螺钉的外螺纹小径d1=4.134mm，中径d2 =4.480mm，螺距p=0.8mm，螺纹原始三角形高度H=0.866025404p=0.6928203232mm，所以，d =d1 -H/6=4.134-0.6928203232/6=4.01852994613mm。
由此，螺纹的公称应力截面积A s为F0 =（0.6~0.7）σs As = （0.6~0.7）×320×14.174=2721.408～3174.976（N），取最小值F0 =2721.408（N）PM5×10螺纹的拧紧力矩：T=KF0 d=0.26×2721.408×5=3537.3（N·mm）≈3.5373（N·m）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：式中F w ——最大轴向外荷载，本例中即预紧力F0 （N）D——内螺纹大径（mm）b——螺纹牙根部宽度（mm）b=0.87p=0.87×0.8=0.696mmk z——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＜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(1.5～2.5)d，照此计算，本例中旋合长度应为9～15mm，而实际长度是6mm，似太短]。
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——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=1.2～2.0，取较大值，则n=2.0。
YL113能够查到的性能参数是：抗拉强度σb ≥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，σs按σb/2 取值（因拉压力试验机上没有用于拉伸试验的夹具，所以σs按此取值），约为115Mpa。
从铝合金基材上截取一块试样，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10.0×5.0mm，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τj为107.2Mpa。
于是：上述计算说明，按螺钉的材料计算的预紧力紧固螺纹时（此时的拧紧力矩即为3.5373N·m），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=KF0 d= KF w d=0.26×2211.2×5=2874.56（N·mm）≈2.88（N·m）≤3.5373（N·m）以上按螺钉材料的疲劳强度、铝合金上螺纹牙型的抗弯许用应力计算出螺钉的拧紧力矩，分别是3.5373N·m和2.88N·m，应取最小值2.88N·m。
SOP上规定的弹性元件的扭矩范围是2.07～2.52N·m ，小于上述计算值2.88N·m，似嫌小。
家用电器统一使用HIOS CL-6500PS电批，其扭矩范围是0.3～1.6 N·m，显然小于2.07～2.52N·m。
所以在打R型弹簧螺丝的工位不能使用HIOSCL-6500PS电批。
选用好帮手PRO-T55LB风批，其扭矩范围0.7～6.5 N·m，可以满足使用要求。
3、影响螺钉拧紧力矩的其它因素除了风批的扭矩范围要满足螺钉的拧紧力矩外，批头能够承受的扭矩及螺钉头部的形状对螺钉拧紧力矩的影响也非常重要，不可忽视。
本例中，批头的最大扭矩应不小于3.0 N·m。
前期我们没有注意到这个因素，用普通批头，结果出现了很多批头被打断的现象。
固定弹性元件的螺钉是十字槽盘头螺钉，螺钉头部的十字槽能够承受的扭矩较小，在如此大的扭矩下，容易将十字槽打滑槽。
这就是为什么我们有许多螺钉滑槽的原因。
如果产品结构允许，建议将十字槽加深，或采用十字槽六角头螺钉，用风批套筒固定，可以有效地避免滑槽的产生。
如果必须按螺钉材料的强度确定拧紧力矩，因为铝合金基材上螺纹的抗弯应力不够，就必须增加螺钉的长度以增加其旋合长度，即增加参与紧固的螺纹牙数，以达到分散发热盘上螺纹牙受力的目的，从而降低螺纹牙承受的弯应力。
4、温度对螺纹联接预紧力的影响在高温下工作的螺纹联接，还要考虑温差载荷、螺钉和被联接件机械性能的变化、应力松弛等因素的影响。
当螺钉和被联接件的线膨胀系数不同，或工作温度不同，或者两者不同时，由于热变形不一致而使螺钉受到额外的温差载荷。
家用电器在频繁地加热-冷却过程中，螺钉因温差载荷的影响会产生松动，从而使联接的紧固作用减小。
因此，在设计时必须使剩余预紧力始终大于所要求的值，以保证联接的紧固与紧密。
5、总结一般情况下，螺栓的拧紧力矩与预紧力可参考国标快速查找（如附表）。
但是，对于安全性能要求很高的家用电器，就要准确地确定出螺钉的拧紧力矩与预紧力的关系，其关键任务就是要获得准确的拧紧力矩系数K的值。
而要取得准确的K值，就必须对每一种具体的螺钉进行“拧紧力矩——预紧力”试验。
在获得准确的K值后，才能放心地确定生产装配过程中需要的拧紧力矩值，而不是仅凭手“感觉”的方法来确定螺钉是否拧紧，因为手动拧紧螺钉时产生的拧紧力矩大小因人而异，靠感觉不能准确地判断螺钉的松紧。
附表：螺栓标准拧紧力矩及预紧力速查表注：本文只是提出了获得螺钉拧紧力矩与预紧力之间关系的方法，文中的计算数值只是四月雨粗略计算得出的，仅作参考。
本文是四月雨个人心得，未经允许，请勿引用或转载！。