螺栓原理及装配工艺(PPT38页)
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如果工作载荷超过了此数值会导致螺栓失效并造成部件分 离
螺栓和螺母的工作原理
• 螺栓作用类似弹簧
由螺栓连接的部件也类似弹簧
螺栓和螺母的工作原理
• 胡克定律
固体材料受力之后，材料中的应力与应变(单位变形量)之间成线性关系
弹性范围
屈服强度
塑性范围 极限抗拉强度
螺栓失效
破坏点
应变
应力
螺栓材料
• 在对紧固件进行拧紧时，了解紧固件材料的强度标准是非常必要的
• 振动 • 温度的循环作用 • 侧向应力(风力, 流量, 压力等等) • 负载的改变
例如: 当一驾吊车在起吊重物时, 在物体刚离地 和在半空中承受的负载时不一样的
因此螺栓必须被正确的紧固到正确扭矩以承受会使 连接件分离的附加的作用力
振动
压力
+/- oC
压力
侧向应力
螺栓和螺母的作用
定义: 螺栓和螺母的主要作用在于将两件构件用准确的作用力连接
常用垫片种类
金属缠绕垫片(SWG) 广泛应用于高温、高压的环境，不同的设计、金 属和非金属材料的组合能使之应用于多种不同场 合，抗腐蚀、抗有毒物质能力较强 .
环状金属垫片(RTJ) 最初应用于石油石化行业，适用于高温、高压的应用， 例如石油挖掘开采、阀、管道、高压反应容器
软式垫片(CNAF) 主要用于较低的压力和温度环境，例如水管、发 动机等
• 有许多材料可以适合制造紧固件，对材料的选择基本是根据许多不同因素， 例如： ▪ 应用的场合 ▪ 对负载的要求 (材料强度) ▪ 安装的方法
螺母和螺栓的标识
• 六角螺母和螺栓的标识
螺母材料等级 螺栓材料等级
螺栓直径
螺母下表面 平整的接触面
螺母 AF 尺寸 (对边尺寸)
螺栓上表面 刻有型号等标示
螺母和螺栓的标识
6
轻型润滑油
5
mu = 0.15
4
3
2
干燥，无润滑
扭矩紧固
50% 螺母支撑面的摩擦力
10% 有用的螺栓残余应力 （极端情况，一般为30%)
40% 螺纹之间的摩擦力
扭矩紧固 – 润滑
摩擦点
在螺纹上涂上 润滑剂
在螺母表面使 用润滑剂
仅在螺柱/螺栓紧固部分的尾 部
扭矩紧固 – 润滑
螺栓残余应力 (Tons)
11
使用钼润滑脂
10
mu = 0.1
9
8
7
紧固件的拉伸 (预紧力)
扭矩紧固
我们测量施加的扭矩
我们想要测得的是夹紧力
扭矩紧固
施加的扭矩
减去
摩擦损失 等于
螺栓残余应力 *
• 螺栓残余应力 = 预紧力 螺栓在紧固后剩余的应力
扭矩紧固
• 用扭力扳手施加的力矩会转化成三种力：
1. 拉伸螺栓的作用力 +
2. 克服螺栓螺纹摩擦的作用力 +
3. 螺母和连接部件表面摩擦的作用力
特殊垫片设计 绝缘垫片，能够抗腐蚀。它们大多也能抵御油、气管 道中的杂散电流，增加连接件阴极保护的有效性，减 少电解腐蚀
螺栓原理
小结:
• 螺栓连接的应用并不只限于管道 • 螺栓在部件连接面产生压紧力 • 螺栓的工作原理是被拉伸然后回缩 • 螺栓仅在弹性范围内工作。不同材料的螺栓的强度性能会有所区别。
• 螺栓应力必须足够大以抵抗部件在使用过程中各种使部件分离的应力，但同时 应力也不能太大而造成连接件的损坏
• 压力容器或管道通常需要垫片来防止泄露
扭矩紧固
扭矩紧固
• 什么是扭矩? 作用力使物体绕着支点转动的趋向
旋转
力
扭矩紧固
• 什么是扭矩紧固? 通过旋转紧固件的螺母部分来对紧固件施加预紧力的应用
A/F = 对边尺寸
对于 M33 到 M85 的米制尺寸螺栓
螺母的A/F 尺寸 每次增加 5mm :
▪ M33 x 3.5
50mm A/F
▪ M36 x 4
55mm A/F
▪ M39 x 4
60mm A/F
小于M33 的螺栓 A/F 尺寸大约可计算为： 1.5 x 螺栓直径
螺栓的涂层
• 在对紧固件进行拧紧时，需知道紧固件的表面涂层
• 紧固件表面涂层的种类有很多，如何选择涂层的材料需 要考虑很多因素，其中包括：
▪ 部件的使用工况 ▪ 对防腐蚀的要求 ▪ 阴极保护 ▪ 装饰作用 ▪ 适合安装的方法
பைடு நூலகம் 含有垫片的连接
垫片压紧
包含有垫片的部件安装
压力
压力
螺栓被正确紧固
部件之间产生夹紧力
垫片被压紧， 并在连接件之间起到 密封效果
垫片种类
概述
任何两个用螺纹连接的部件
连接部件
和
螺栓和螺母
的
功能和工作原理
连接部件和工作原理
连接部件 连接部件中间放入垫片 用螺栓使部件连接在一起
连接部件和工作原理
压力 压力
螺栓被正确紧固
部件之间产生夹紧力
垫片被压紧， 并在连接件之间起到 密封效果
使连接件分离的作用力
除了内部的载荷，连接件可能会承受更多的分离载荷，它们包括 但也不局限于：
生产商
第一个数 =1/100 螺栓材质公称 抗拉强度 100×8 = 800 N/mm2
第二个数 =螺栓材质的屈强比值 0.8
公制螺纹
两数相乘得出屈服应力 800*0.8 = 640 N/mm2
螺栓能承载的拉力载荷速算*：面积** X 屈服应力
*准确的数值还需要考虑润滑等其他因素 **面积应为应力截面积， 速算用直径可参考0.85-0.92螺栓标准直径
在一起，以防止在设备运行的过程中出现松动的现象。
紧固不足
螺栓由于振动 或循环载荷而松脱
垫片接触面损坏
没有压紧力
紧固过度
裂纹
法兰转动 颈缩 垫片过度压紧
螺栓和螺母的作用
在螺栓已经紧固的情况下，部件所承受的工作载荷会降低 部件之间的压紧力
螺栓必须预紧到一个额定的数值以抗衡在部件工作中所承 受的所有载荷
螺母和螺栓的标识
螺栓和螺母的标识
两种常见的螺纹形式:
英制尺寸：3/4-8*3”
米制尺寸: M20-3.5*150
8 TPI
mm (e.g. 3.5)
标准直径 (英寸)
标准直径 (mm)
• 螺母的对边尺寸可由下面的公式计算为: (螺栓直径x 1.5) +0.125 例如： 1 1/4” 8UN Bolt (1.25 x 1.5) + 0.125 = 2” A/F
螺栓原理及装配工艺
螺栓原理
• 介绍 • 第一次就正确紧固 • 什么是螺栓连接 • 螺栓和螺母的功能和工作原理 • 有垫片的螺栓连接 • 小结
连接完整性 – 目标
受控紧固
‘第一次就正确紧固’
安全性
重做的成本 潜在的事故隐患
过度紧固 没有紧固
灾难
可靠性 排放 / 污染
概述
• 什么是螺栓连接？
我们通常会想到石油石化管道和法兰，但是…
螺栓和螺母的工作原理
• 螺栓作用类似弹簧
由螺栓连接的部件也类似弹簧
螺栓和螺母的工作原理
• 胡克定律
固体材料受力之后，材料中的应力与应变(单位变形量)之间成线性关系
弹性范围
屈服强度
塑性范围 极限抗拉强度
螺栓失效
破坏点
应变
应力
螺栓材料
• 在对紧固件进行拧紧时，了解紧固件材料的强度标准是非常必要的
• 振动 • 温度的循环作用 • 侧向应力(风力, 流量, 压力等等) • 负载的改变
例如: 当一驾吊车在起吊重物时, 在物体刚离地 和在半空中承受的负载时不一样的
因此螺栓必须被正确的紧固到正确扭矩以承受会使 连接件分离的附加的作用力
振动
压力
+/- oC
压力
侧向应力
螺栓和螺母的作用
定义: 螺栓和螺母的主要作用在于将两件构件用准确的作用力连接
常用垫片种类
金属缠绕垫片(SWG) 广泛应用于高温、高压的环境，不同的设计、金 属和非金属材料的组合能使之应用于多种不同场 合，抗腐蚀、抗有毒物质能力较强 .
环状金属垫片(RTJ) 最初应用于石油石化行业，适用于高温、高压的应用， 例如石油挖掘开采、阀、管道、高压反应容器
软式垫片(CNAF) 主要用于较低的压力和温度环境，例如水管、发 动机等
• 有许多材料可以适合制造紧固件，对材料的选择基本是根据许多不同因素， 例如： ▪ 应用的场合 ▪ 对负载的要求 (材料强度) ▪ 安装的方法
螺母和螺栓的标识
• 六角螺母和螺栓的标识
螺母材料等级 螺栓材料等级
螺栓直径
螺母下表面 平整的接触面
螺母 AF 尺寸 (对边尺寸)
螺栓上表面 刻有型号等标示
螺母和螺栓的标识
6
轻型润滑油
5
mu = 0.15
4
3
2
干燥，无润滑
扭矩紧固
50% 螺母支撑面的摩擦力
10% 有用的螺栓残余应力 （极端情况，一般为30%)
40% 螺纹之间的摩擦力
扭矩紧固 – 润滑
摩擦点
在螺纹上涂上 润滑剂
在螺母表面使 用润滑剂
仅在螺柱/螺栓紧固部分的尾 部
扭矩紧固 – 润滑
螺栓残余应力 (Tons)
11
使用钼润滑脂
10
mu = 0.1
9
8
7
紧固件的拉伸 (预紧力)
扭矩紧固
我们测量施加的扭矩
我们想要测得的是夹紧力
扭矩紧固
施加的扭矩
减去
摩擦损失 等于
螺栓残余应力 *
• 螺栓残余应力 = 预紧力 螺栓在紧固后剩余的应力
扭矩紧固
• 用扭力扳手施加的力矩会转化成三种力：
1. 拉伸螺栓的作用力 +
2. 克服螺栓螺纹摩擦的作用力 +
3. 螺母和连接部件表面摩擦的作用力
特殊垫片设计 绝缘垫片，能够抗腐蚀。它们大多也能抵御油、气管 道中的杂散电流，增加连接件阴极保护的有效性，减 少电解腐蚀
螺栓原理
小结:
• 螺栓连接的应用并不只限于管道 • 螺栓在部件连接面产生压紧力 • 螺栓的工作原理是被拉伸然后回缩 • 螺栓仅在弹性范围内工作。不同材料的螺栓的强度性能会有所区别。
• 螺栓应力必须足够大以抵抗部件在使用过程中各种使部件分离的应力，但同时 应力也不能太大而造成连接件的损坏
• 压力容器或管道通常需要垫片来防止泄露
扭矩紧固
扭矩紧固
• 什么是扭矩? 作用力使物体绕着支点转动的趋向
旋转
力
扭矩紧固
• 什么是扭矩紧固? 通过旋转紧固件的螺母部分来对紧固件施加预紧力的应用
A/F = 对边尺寸
对于 M33 到 M85 的米制尺寸螺栓
螺母的A/F 尺寸 每次增加 5mm :
▪ M33 x 3.5
50mm A/F
▪ M36 x 4
55mm A/F
▪ M39 x 4
60mm A/F
小于M33 的螺栓 A/F 尺寸大约可计算为： 1.5 x 螺栓直径
螺栓的涂层
• 在对紧固件进行拧紧时，需知道紧固件的表面涂层
• 紧固件表面涂层的种类有很多，如何选择涂层的材料需 要考虑很多因素，其中包括：
▪ 部件的使用工况 ▪ 对防腐蚀的要求 ▪ 阴极保护 ▪ 装饰作用 ▪ 适合安装的方法
பைடு நூலகம் 含有垫片的连接
垫片压紧
包含有垫片的部件安装
压力
压力
螺栓被正确紧固
部件之间产生夹紧力
垫片被压紧， 并在连接件之间起到 密封效果
垫片种类
概述
任何两个用螺纹连接的部件
连接部件
和
螺栓和螺母
的
功能和工作原理
连接部件和工作原理
连接部件 连接部件中间放入垫片 用螺栓使部件连接在一起
连接部件和工作原理
压力 压力
螺栓被正确紧固
部件之间产生夹紧力
垫片被压紧， 并在连接件之间起到 密封效果
使连接件分离的作用力
除了内部的载荷，连接件可能会承受更多的分离载荷，它们包括 但也不局限于：
生产商
第一个数 =1/100 螺栓材质公称 抗拉强度 100×8 = 800 N/mm2
第二个数 =螺栓材质的屈强比值 0.8
公制螺纹
两数相乘得出屈服应力 800*0.8 = 640 N/mm2
螺栓能承载的拉力载荷速算*：面积** X 屈服应力
*准确的数值还需要考虑润滑等其他因素 **面积应为应力截面积， 速算用直径可参考0.85-0.92螺栓标准直径
在一起，以防止在设备运行的过程中出现松动的现象。
紧固不足
螺栓由于振动 或循环载荷而松脱
垫片接触面损坏
没有压紧力
紧固过度
裂纹
法兰转动 颈缩 垫片过度压紧
螺栓和螺母的作用
在螺栓已经紧固的情况下，部件所承受的工作载荷会降低 部件之间的压紧力
螺栓必须预紧到一个额定的数值以抗衡在部件工作中所承 受的所有载荷
螺母和螺栓的标识
螺栓和螺母的标识
两种常见的螺纹形式:
英制尺寸：3/4-8*3”
米制尺寸: M20-3.5*150
8 TPI
mm (e.g. 3.5)
标准直径 (英寸)
标准直径 (mm)
• 螺母的对边尺寸可由下面的公式计算为: (螺栓直径x 1.5) +0.125 例如： 1 1/4” 8UN Bolt (1.25 x 1.5) + 0.125 = 2” A/F
螺栓原理及装配工艺
螺栓原理
• 介绍 • 第一次就正确紧固 • 什么是螺栓连接 • 螺栓和螺母的功能和工作原理 • 有垫片的螺栓连接 • 小结
连接完整性 – 目标
受控紧固
‘第一次就正确紧固’
安全性
重做的成本 潜在的事故隐患
过度紧固 没有紧固
灾难
可靠性 排放 / 污染
概述
• 什么是螺栓连接？
我们通常会想到石油石化管道和法兰，但是…