高强度螺纹紧固件紧固扭矩的设计计算

性 区的线性关系 ，通过控制紧固扭矩值从而达到控制
预紧力数值 。紧固扭矩与紧 固轴力 的关系如图 １所
示 ，紧 固扭 矩 的计 算公 式见 式 （１）。
Ｋ· 。ｄ
（１）
式 中 ： 紧 固扭 矩 ；Ｋ—扭 矩 系 数 ； 一预 紧 力 ；
ｄ一外 螺纹 大 径 的基本 尺 寸 。
幂 圈
粉末喷涂
Ｏ．１２～０．１８
磷化 ０．１０－０．１８
垫 圈 镀锌 ０．１０－０．１８ Ｏ．１２—０．１８ ０．Ｏ８～０．１４
锌 铝 铬 涂层
Ｏ．１２～０．１８ Ｏ．Ｏ８～０．１４ ０．１２－０．１８
‰ 按 ＱＣＦＦ５１８—２０１３表 ２中对应项选取。其中 ， 为
螺栓 光杆 直径 ；ｄｒ为 螺栓 应力 截 面直 径 ；相关 公式 见
式 （６）和式 （７）。
＝ （ ＋ｄ３）／２
（６）
ｄ３＝ｄ１—０．１４４３７５Ｐ
（７）
式 中：ｄ 为螺纹小径的基本尺寸 ；ｄ：为螺纹中径
的基 本 尺寸 ；ｄ３为 螺纹牙 底倒 圆所 形成 的螺 纹小 径 。
－＇ｉｔ＇ｌ＇Ｒ ．
应 用 中 ，对 于 螺 栓 我们 常称 之 为 轴 向拉 力 ；对 于被 联
接 件则 称之 为 夹 紧力 。
紧 固扭 矩 是 为 达 到初 始 预 紧 力 而施 加 在 螺 栓 或
螺 母 上的 拧 紧力矩 。汽 车装 配 中最 常用 的螺 纹件 紧 固
方 法— —扭 矩 法 ，此方 法是 利用 扭 矩值 与 夹 紧力 在 弹
螺栓或螺母 表面履盖层
磷化 镀锌 镀锌（少量润滑剂） 锌铝铬涂层
无履盖层 （钢） ０．１０－０．１８ Ｏ．１２—０．１８ ０．０８—０．１４ ０．１２－０．１８
支承面 无履盖层（铸铁： ０．１０￣０．１８ ０．１２—０．１８ ０．０８－０．１４ ０．１２－０．１８
油漆 ０．１０～０．１８ ０．１２加．１８ ０．０８—０．１４ ０．１２～Ｏ．１８
。 ｄ 一ｄ
（３）
式 中：ｄｗ为支承面或垫圈面直径 （接触 的支承面
外径 ）；ｄｈ为螺栓或螺钉通孔直径 （接触 的支承面 内
径 ）；标 准螺 栓 和螺 钉通 孔 按 ＧＢ ５２７７［４１的规 定 。 １．２ 最大 扭 矩 系数 和最 小扭 矩 系数计 算
最大 扭矩 系数 一 和最 小扭 矩 系数 Ｋ 按 式 （４）
式 中 ：Ｐ为螺 距 ； 为螺 纹 摩擦 系数 ； 为螺 纹 中
径 的基 本 尺寸 （在 ＧＢ／Ｔ １９６［３］中选 取 ）； 为 支 承面 摩
擦 系数 ； 为支承面摩擦扭矩的等效直径。当支承面
为圆环状时， 数值按 （３）式计算。
３
３
—
．．
Ｏ ｗ－ ×一ｄ －ｄｈ
×一
一 一
？
紧固扭矩 ， 图 １ 紧固扭矩 与紧固轴 力的关 系图
１．１ 扭 矩 系数 值计 算
扭矩系数实际上属于摩擦系数的范畴 ，它是在扭
转状况下 的摩擦系数 ，它与支承面粗糙度和润滑 、螺
纹 副精度等有关 。扭矩系数 Ｋ值 由（２）式计算。
Ｋ＝【０．１６Ｐ＋／ｚ，。０．５８ｄ２ 。０．５‘Ｄｗ］／ｄ （２）
０．１０～Ｏ．１８ ０．０８—０．１４
铸铁 ，无履盖层 ０．１０－０．１８ ０．１０－０．１８ ０．Ｏ８—０．１４ ０．１２－０．１８
螺母 钢 ，镀锌
０．１０－０．１８ ０．０８￣０．１４
钢 ，锌铝铬涂层
０．０８￣０．１４ ０．１２－０．１８
表 ２ 支承面摩擦 系数 ‘』
支 承 面 履 盖层
１．４ 最 小预 紧力 Ｆ 、最大扭 矩 一 扭矩 比 计算
‰ 计 算公 式见 式 （８）， 计 算 公式 见式 （９），Ｋ
计算公式见式 （１０）。
ｉ ＝ ｒ／［Ｋ一·ｄ］
（８）
＝ Ｋ 。‰ 。ｄ
Ｋ ＝
（９） （１０）
２ 具体计算 示例分 析
在 无 润 滑情 况 下 采 用 以下 高 强度 紧 固件 进行 紧 固连接 ，确定 其预 紧力 并计 算 紧 固扭 矩 。
螺纹 、螺母材料及
螺栓 、螺钉 、螺柱表面履盖层
表 面 履 盖 层
磷 化
镀 锌
锌 铝 wk.baidu.com涂 层
无 润 滑 剂 少量 润滑剂
钢 ，无履盖层 ０．１０－０．１８ ０．１０－０．１８ ０．０８￣０．１４ Ｏ．１２－０．１８
螺孔 钢 ，磷酸锌处理 ０．１Ｏ～０．１８
０．０８￣０．１４
钢 ，镀锌
ａ．Ｍ１２六角法兰面螺栓 。性能等级 １０．９级，表面 处 理 为锌铝 铬涂 层 ，其汽标 件代 号 为 Ｑ １ ８２ １ ２５０ＴＦ６。
ｂ． １２ ｍｍ 大垫 圈 。性能 等级 ３００ＨＶ，表 面处 理 为锌铝 铬涂 层 ，其 汽标 件代 号 为 Ｑ４０２Ｂ１２Ｔ２８Ｆ６。
ｃ．Ｍ１２六角法兰面螺母 ，性能等级 １０级 ，表面处 理为锌铝铬涂层 ，其汽标件代号为 Ｑ３２０１２Ｔ１３Ｆ６。 ２．１ 摩擦 系数 和 确 定
和式（５）计算 。
Ｋ一＝［０．１６ｎ 一‘０．５８如 一 ·０．５·
（４）
Ｋ ＝［Ｏ．１６Ｐ＋／ｚ￣ａ．．０．５８ｄ２ ·０．５·Ｄｗ］／ｄ （５）
１．３ 最大预紧力 Ｆ 计算
最大预 紧力 的数值可直 接从 ＱＣ／Ｔ５１８—２０１３标 准的表 １、表 ２中选取 。这个数值是从 ＧＢ／Ｔ１６８２３．２
准 确 的螺 纹 摩擦 系数 和 支承 面摩 擦 系数 数 值 应 通过摩擦系数测试验机测定或 由供方提供。本次计 算 从 表 １和表 ２中选 取 。 即 ： 耐 ＝Ｏ．１２， ＝０．１８，
＝ ０．１０， 一 ＝０．１６。
２０１６．１．ＫＥＣＨＥＪＩＳＨＵ《客车技术》 囫
碱
表 １ 常用螺纹摩 擦系数
中公式（７）屈服紧固轴力计算所得 ，并且在计算中，设 计拉力采用的是屈服点或屈服强度 的 ９０％，它是从发
挥螺栓最大』生能角度 出发 的高预紧力设计 ，所 以与普
通级别螺栓设计拉力 的确定有所不同。当 ≥ｄ 时 ，
‰ 按 ＱＣ／Ｔ５１８—２０１３表 １中对应 的螺 栓规 格 、机 械
性能 等 级 和最 小螺 纹 摩擦 系数选 取 。当 ｄｓ＝０．９ｄ，时 ，