拧紧力矩的计算方法

拧紧力矩的计算方法

1. 螺栓和螺母组成的螺纹副在紧固时，紧固力是通过旋转螺母或螺栓（通常是螺母）而获得的，紧固力与旋转螺母所用的扭矩（拧紧扭矩）成正比，为了保证达到设计所需的紧固力，就要在工艺文件中规定拧紧扭矩，并在实际施工中贯彻实施。

2. 机械设计中拧紧扭矩计算方法

M = KPD 式中：

M — 拧紧扭矩，Nm

K — 扭矩系数

P — 设计期望达到的紧固力，KN

D — 螺栓公称螺纹直径，mm

K 值表（参考）

As 表（参考）

()()0s 2s 23310 :/4 :=+/2 /6 :=0.50.7 :s s s s s s P A A A d d d d d d d H H σπσσσ=⨯=⨯=-⨯也可以由下表查出螺纹部分危险剖面的计算直径螺纹牙的公称工作高度～螺栓材料的屈服极限

3. 紧固力P 一般在设计上选取螺栓屈服强度σs 的60～80％，安全系数约为以上。

4. 扭矩系数K 是由内外螺纹之间的摩擦系数和螺栓或螺母支撑面与被紧固零件与紧固件接触的承压面的摩擦系数综合而成。它与紧固件的表面处理、强度、形位公差、螺纹精度、被紧固零件承压面粗糙度、刚度的许多因素有关，其中表面处理是一个关键的因素。不同的表面处理，其扭矩系数相差很大，有时相差近一倍。例如：同螺纹规格，同强度的螺纹副，表面处理为磷化时，扭矩系数约为～，而表面处理为发黑时，扭矩系数可达～。

5. 对于M10~M68的粗牙钢螺栓，当螺纹无润滑时，拧紧力矩粗略计算公式： 0.2M PD =

6．VDI 2230中的拧紧力矩计算方法

22(0.160.58)2

: :::::Km A M G K M G Km K D M F P d F P d D μμμμ=⋅+⋅⋅+

式中:

装配预紧力螺距

外螺纹基本中径 螺栓螺纹摩擦系数

螺栓头部下面的摩擦直径 螺栓头支承面摩擦系数

F M 计算公式为：

p0.20=M F R A ν⋅⋅ 式中：

ν：拧紧过程中屈服点应力的利用因数，一般ν=

：屈服强度

A 0：螺栓最小横截面积

F M 和M A 可从第2部分附录C 中查得，并应根据现有条件使用螺纹摩擦系数的最小

值。 使用表A1～A4时，如果紧固技术/紧固工具中有较大 的波动，可以适当减少所要求的紧固力矩（计算值>±5%），以避免应力过大。

7. 常用的防松方法

破坏螺纹运动副关系的防松

螺栓头和螺母端面冲点铆接 粘结剂的粘结：在螺纹表面涂环氧树脂或厌氧胶等粘结剂，主要是增

大松动扭矩（松动扭矩，参见Q/CSR 部分）。

用机械固定件锁紧的防松

六角开槽螺母配开口销

止动垫圈 串连钢丝

增大摩擦力的防松

双螺母

自由旋转型的齿形端面锁紧螺母和锁紧螺钉

有效力矩型的全金属锁紧螺母 有效力矩型的非金属嵌件锁紧螺母

弹性垫圈和齿形锁紧垫圈

8. 螺纹粘接剂（密封胶）选择原则

螺纹尺寸

金属材料

工作环境（温度、介质）

密封压力

工艺

9. 螺纹粘接剂（密封胶）使用方法

10. 螺纹粘接剂（密封胶）拆卸方法

一般情况下，用普通方法（如扳手、螺丝刀）即可拆开。

当选用胶的强度过高时，用普通方法不能拆时，可采用局部加热法，将螺

纹捏合处局部加热，即局部加热螺母或螺钉至232℃（参考）5分钟，趁

热拆卸。

11．螺纹粘接剂使用实例

按照Q/标准使用胶粘剂的要求，保持预紧力、防止振动、防腐、防止意外扭转，株洲电力机车公司目前主要使用乐泰胶（如242、243、262等）螺纹锁固剂，同时对涂胶工艺作了专门的规定。

12. 防松性能试验结果对比

对于如何评定紧固件的防松性能，目前国内外普遍采用两种标准的试验方法。第一种是紧固件加速振动试验方法（ISO标准或GJB ），第二种是紧固件横向振动

试验方法（GB/T 10431）。第一种方法目前在国内主要用于航空航天系统，而其他系统多采用第二种方法。

13. 防松性能试验结果对比

↑－表示试件未失效

A－双螺母

B－有预紧力的开槽螺母加开口销

C－尼龙圈锁紧螺母

D－高锁螺母

E－无预紧力的开槽螺母加开口销

F－全金属锁紧螺母

G－内齿锁紧垫圈

H－外齿锁紧垫圈

J－轻型弹簧垫圈

K－普通螺母

有预紧力的开槽螺母、涂厌氧胶的螺母以及尼龙圈锁紧螺母的抗振松寿

命最长，经受长时间的激烈冲击、振动后，仍无任何松动的迹象。也就

是说，在各种紧固件的对比试验中，它们的防松性能最佳。

过去认为，双螺母这种传统的防松方法，其防松性能不高。试验表明，

采取正确的安装方法，可使其保持较高的预紧力，其抗振寿命可显着提

高。

开槽螺母加开口销的防松方法属于机械固定件的锁紧防松，具有很高的

防松可靠性。但开槽螺母加开口销的安装方法对其防松性能有显着的影

响。不拧紧（即无预紧力）或拧紧不足的开槽螺母，在激烈的冲击、振

动下，只能在一定时间内防止螺母从螺栓上脱落。无预紧力的松连接在

严酷的工作环境中会导致紧固件或被连接的其他构件早期疲劳破坏。无

预紧力的开槽螺母，由于开口销在螺母槽内受到反复冲击和剪切力的作

用，在经受4万多次的冲击、振动以后，开口销断裂，螺母与螺栓分离，

连接失效。

因此，对于在长期间内经受激烈冲击、振动的开槽螺母，在安装时，必须施加合理的预紧力。在螺母槽与螺栓销孔对中装配时，应从拧紧方向扳拧螺母，使开口销紧固在螺母槽内，避免开口销在槽内移动，以防止连接的疲劳失效。

涂厌氧胶螺母的防松属于不可拆卸的防松，其防松性能极佳。经受长时

间振动试验无松动迹象的螺母，厌氧胶对螺纹紧固件的粘合锁紧能力很

高，其抗振寿命很长也就不足为奇了。

尼龙圈锁紧螺母在国内外的实际应用中早已表明其优良的防松性能。国

外有关专家甚至称其为永不松动的锁紧螺母。这种螺母的防松性能比其

他锁紧螺母高得多。其防松之所以如此可靠是由于螺母的尼龙圈紧紧箍

住螺栓从而形成高弹性的横向压紧。在使用尼龙圈锁紧螺母时，应考虑

尼龙圈的老化及温度的影响，对有这方面要求的螺母，应改变尼龙的材

料或配方。

高锁螺母属于非圆收口的全金属锁紧螺母。试验用的高锁螺母是铝合金

螺母，与其相配的是钢螺栓。较软的铝合金能更好地吸收外来的冲击、

振动能，所以它比钢制的全金属锁紧螺母的防松性能要好。

齿形锁紧垫圈、弹簧垫圈以及没有锁紧特性的普通螺母，它们的抗振松

寿命仅为尼龙圈锁紧螺母的1%。相比之下，它们的防松性能很差，一

般只用于不重要的场合。