05 螺栓受力分析,拧紧工艺的确定

Hexagon 的 GWJ 的
SR1 KISSsoft
Miroslav Petele 的 MITCalc
the Bossard Group 的 BossCalc
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We are committed to your superior productivity through interaction and innovation.
为了便于分析，假设螺拴材料的硬度 非常低，像弹簧一样
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现在是螺拴拧紧后的状态
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螺拴连接受到额外的力
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Calculation of High Duty Joints.
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VDI 2230－使用范围
VDI 2230的应用非常广泛， 包括带60度法兰的高强度 螺拴，螺丝大小从M4到M39。 它给出的是单螺拴连接的 分析指导。由多个螺拴组 成的连接，负荷首先要被 分配，使每个螺拴上的负
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计算步骤R4－设wenku.baidu.com预加负荷损失
由于材料局部嵌入和不同的热 膨胀特性，螺拴预加负荷可能 会损失
铝制部件
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钢制螺拴
计算步骤R5～R8
中级拧紧课程－螺拴受力分析、扭矩的确定
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Clamp load Required
需要的夹紧负荷?
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即螺拴被拧断或屈服。
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VDI 2230 – 辅助设计软件
有一系列的VDI 2230辅助设计软件，
例如
Bolt Science 的 BOLTCALC
通过互动与创新，我们承诺您实 现卓越生产力。
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历史背景
十九世纪开始的工业化要求用系统的方法来设计机械零件
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连接图
德国人Rotscher 在1927年提出了连接图，这种方法直到今天仍在使用， 帮助我们理解连接的力学特性和进行计算。
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螺拴过载
内螺纹
外螺纹
螺纹滑扣
过高的承压应力
预紧力不足
疲劳失效
未能提供足够摩擦力
未能阻止连接分离.
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密封失效
计算步骤R1－决定拧紧系数
考虑到不同的拧紧方 式导致扭矩的分散，
VDI引入拧紧因数 (tightening factor )。
零件就像一个更硬的压缩(压紧)弹簧
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螺拴与零件的关系就像两个弹簧固定在一起
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螺拴和零件的变形
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VDI的一个表格给出 了拧紧系数的参考值
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α A
=
FMmax FMmin
=
Maximum Preload Minimum Preload
计算步骤R2－决定最小夹紧力
最小夹紧力有如下几个重要因素要考虑： 1, 需要由夹紧力产生的摩擦来对抗剪切力 2, 密封性需要一定的力(使用密封垫圈时) 3, 防止接合面分开
连接受到更大的外力
接触面的夹紧 力此时为0
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连接受到的外力继续增大
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螺拴就是一个硬的拉伸弹簧
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基本螺拴连接分析图
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外力的影响
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轴向负荷
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剪切负荷
在一个受剪切力的连 接中，螺拴预加负荷 产生夹紧力，夹紧力 在接触面产生静摩擦
力克服剪切力。
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失效模式
计算步骤R10－表面应力
把螺拴/螺母表面下的承压应力 与部件材料的极限值相比较。 无论是在装配结束后的静止状态 还是工作时最负荷状态，都不应 使材料产生蠕动creep。
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计算步骤 R11 – 防止滑扣
防止螺纹滑扣是非常重要的。在这一步中计算螺纹需要咬合多少扣以 防止滑扣发生。
VDI 2230， 德国工程师协会 2230标准
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基于从1960年代就开始的研究，
德国工程师协会(VDI， German Society of Engineers)发布了
VDI2230：高负荷连接的系统计 算方法 － Systematic
荷确定下来。
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背景
VDI能最小化螺拴的尺寸，同时能够 满足应用的负荷需求。
关键是要提供足够的预紧负荷，以抵 御各种外部负荷，以及可能的预紧力
的损失。
有几个VDI中的关键的概念我们 这里简单地进行讨论。
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最小装配载荷、最大载荷、装配应力、工作应力
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计算步骤R9－决定反复交变应力
把螺拴上的交变应力σa 和材料的耐疲劳极限作比较。螺纹在热处理 前后的耐疲劳极限有公式可查。
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Strip plane of nut Strip plane of bolt
NUT BOLT
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计算步骤 R13 – 计算扭矩
对扭矩控制方式，VDI 提 供了方程式计算和查表两 种方式来选取目标扭矩。 使用最低可能的摩擦系数 以防止过拧的发生。过拧
简单螺拴连接的负荷
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螺拴连接的负荷
夹紧力=2
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螺拴上的负荷=？
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