螺纹连接拧紧和防松技巧详解

1.螺纹连接的拧紧

（1）螺纹连接拧紧的目的

螺纹连接一般情况下需要拧紧，拧紧的目的是：防止螺纹副之间的松动，提高连接的刚性及紧密性。对于受拉螺栓连接，可以提高疲劳强度；对于受剪螺栓连接，可以提高接触面之间的摩擦力，从而提高承载力。

（2）拧紧的实质及预紧力F′

工人施加到螺母上的力矩拧紧螺母时，实质是螺栓受到一个轴向拉力，被连接件受到一个夹紧力。螺栓在承受工作载荷之前，即在安装时就受到一个由于工人拧紧螺母而产生的拉力，此力称为预紧力F′。

2.拧紧力矩T_t的计算

计算拧紧力矩的目的就是要求出拧紧力矩与预紧力F′之间的量化关系，即求T_t与F′之间的关系。如何进行计算呢？首先必须分析工人施加到扳手上的力矩克服了哪些阻力矩？

如图1-1所示，工人施加到扳手上的力为F，扳手长为L，则工人施加的力矩为FL，此力矩需克服螺纹副之间的摩擦阻力矩，或称螺纹力矩T₁，同时还要克服螺母支撑面的摩擦力矩T₂，即

图1-1 拧紧时零件的受力

螺母支撑面摩擦力矩：

带入上式，积分得

式中 μ——螺母与被连接件支撑面间的摩擦因数；

D₁——螺母内接圆直径；

d₀——螺栓孔直径，见图1-1d。

将T₁、T₂代入式（1-1），得出拧紧力矩T_t的计算式

式中的K_t为拧紧力矩系数，约为0.1～0.3，通常取平均值为0.2，代入式（1-2）

得出近似公式为(www.xing528.com)

T_t≈0.2F′d（1-3）

式中 ψ——螺旋升角（°）；

ρ_v——当量摩擦角（°）；

d₂——螺纹中径（mm）；

μ——螺母与被连接件承压面摩擦因数。

例如工程中使用的扳手力臂L=15d（d为螺纹外径），工人施加到扳手上的扳

动力为F=200N，则工人拧紧螺母时，螺栓将受到的预紧力F′可求解如下：工人施加到扳手上的力矩为

T_t=FL=15Fd

由式（1-3）得 T_t≈0.2F′d

联立以上二式得

15Fd≈0.2F′d

从而求出预紧力为

从以上例题可以看出：工人拧紧螺母时，螺栓受到的预紧力F′大约是工人扳动力的75倍，因此拧紧力矩越大，螺栓所受的预紧力越大。如果预紧力过大，螺栓就容易过载拉断，直径小的螺栓更容易产生这种情况。因此得出结论：由于摩擦因数不稳定，加之加在扳手上的力有时难以控制，为了使螺栓不至于被拧断，对于不控制预紧力的受拉螺栓连接，不宜使用小于M12～M16的螺栓，个别情况下不太重要的螺栓连接也可以采用M10的螺栓。对于重要的连接，在使用时必须严格控制拧紧力矩，例如汽车自动生产线上气缸体的装配螺栓就是一个典型的例子。控制拧紧力矩的方法可用测力矩扳手或定力矩扳手，其原理是：装配时测量螺栓的伸长，规定开始拧紧后的扳动角度或圈数。对于大型连接，还可利用液力来拉伸螺栓，或加热使螺栓伸长到需要的变形量再把螺母拧到与被连接件相贴合。近年来发展了利用微机通过轴向传感器拾取数据并画出预紧力与所加拧紧力矩对应曲线的方法。还有的利用当达到要求的拧紧力矩值时，弹簧受压将自动打滑的原理控制预紧力等。

另外，工程上也利用很小的扳动力会使螺栓产生75倍的轴向力的原理，设计螺旋起重器（即千斤顶）以顶起重物。

3.螺纹连接的防松

工程上常用的三角形螺纹直径一般在M16～M68之间，经过计算，其螺旋升角ψ在1°42′～3°2′之间；取摩擦因数f=0.1～0.2，当量摩擦因数f_v≈0.17，因此三角形螺纹的当量摩擦角ρ_v≈5°47′。从理论上进行分析可知，三角形螺纹恒能满足自锁条件，即螺旋升角小于当量摩擦角：ψ≤ρ_v；并且拧紧螺母后，螺母和钉头与被连接件的支承面间的摩擦力也有助于防止螺母松动，若连接受静载荷，并且温度变化不大，连接一般不会松动。但是在实际工作中，如承受振动或冲击载荷，或者温度变化较大使材料高温蠕变等原因，都会造成摩擦力减少，使螺纹副中正压力在某一瞬间消失，摩擦力为零，从而使螺纹连接松动，使螺母松脱而失效。因此，在设计时必须进行防松设计，否则会影响正常工作，造成事故。

防松原理用一句话概括就是：消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大螺纹副相对运动的难度。

按防松原理分，螺纹连接的防松可分为摩擦防松、机械防松（也称直接锁住）及破坏螺纹副之间关系三种方法。摩擦防松工程上常用的有弹簧垫圈、对顶螺母、自锁螺母等，虽简单方便，但不可靠。机械防松工程上常用的有开口销、止动垫及串联钢丝绳等，比摩擦防松可靠。以上两种方法用于可拆连接的防松，在工程上广泛应用。用于不可拆连接的防松，工程上可用焊、粘、铆的方法，破坏螺纹副之间的运动关系。常用的防松方法、结构及应用见表1-5。

表1-5 常用防松方法、结构及应用

（续）