一、认识螺栓
螺栓的定义
螺栓由头部和螺杆(带有外螺纹的圆柱体)两部分组成的一-类紧固件。
螺栓的分类
头部形状: 六角头、圆头、方形头、沉头等;
螺纹长度:全螺纹和半螺纹;
螺纹牙型:三角形、梯形、管形等;
螺纹旋向:右旋和左旋。
螺栓
二、螺栓等级和材质
螺栓等级:
螺栓性能等级分3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10. 9、12.9等10余个等级;
①高强度螺栓:指的是性能等级为8.8级及以上的螺栓,其材质为低碳合金钢或中碳钢并经热处理(淬火、回火)。
②普通螺栓:其余通称普通螺栓,可分为精制螺栓(A、 B级: 5. 6或8.8)和粗制螺栓(C级),性能等级一般为4. 6或4.8。
例如:性能等级8.8级的螺栓,其含义是:
①螺栓材质公称抗拉强度达800MPa级;
②螺栓材质的屈强比值为0.8;
③螺栓材质的公称屈服强度达800×0.8=640MPa级最常用的高强螺栓为8.8级和10.9级,最常用的普通螺栓为4.8级。
螺栓材质:
螺栓材质指的是螺栓是用什么材料做的,比如是45#钢,是35CrMo钢,是304不锈钢。
这里列举下常见等级下螺栓可以是什么材质。
①4.8级别可以是A3 Q235、Q195等低碳钢材质。
②5.8级别 Q235以上所有材质都可以,不需要热处理。
③8.8级别螺纹直径16MM以下,35#调质热处理,16mm以上,45#和低碳合金钢调质处理。
④10.9级别中碳合金钢调质热处理35CRMO40CR等。
螺栓的等级和材质是有一定关系的,低碳钢只能生产低强度等级螺栓,碳钢可以生产中强度等级螺栓,合金钢可以生产高强度等级的螺栓。有的螺栓等级规定了相应的化学成分和机械性能,也就规定死了的材料。
三、螺栓连接原理
螺栓连接:螺栓与螺母配合,用于紧固连接两个带有通孔的元件,属于可拆卸连接。
螺栓连接类型,根据螺杆与通孔的配合程度可分为:
①普通螺栓连接:装配后孔与杆间有间隙,结构简单,装拆方便,可多次装拆,应用较广。(孔比螺杆大1.5mm-1mm);
②铰制孔螺栓连接:装配后无间隙,主要承受横向载荷,也可作定位用。(孔比螺杆大0.3mm-0.5mm);
螺栓连接的工作原理:
胡可定律: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:
螺栓连接受力分析:
①螺栓抗剪连接:主要靠螺栓杆与孔壁互相挤压传力;
②螺栓抗拉连接:主要靠螺栓紧固后的预紧力;
当被连接构件的刚度较大且螺栓对称布置时,则每个螺栓将平均承担作用在连接处的拉力;当被连接构件的刚度较小时,则连接处翼缘会发生弯曲变形,产生杠杆力。
除了剪切力和拉力之外,还会受到:振动、温度、侧向应力(风力、流量、压力等)、负载的改变等其他的一些作用力。
四、螺栓紧固方法
螺栓紧固方法有三种:
①扭矩紧固法:其原理是扭矩大小和轴向预紧力之间存在一定关系。该紧固方式操作简单、直观,目前被广泛采用;
②转角紧固法:旋转角度与螺栓伸长量和被拧紧件松动量的总和大致成比例关系,因而可采取按规定旋转角度来达到预定拧紧力的方法;
③屈服点紧固法:理论目标是将螺栓拧紧到刚过屈服极限点。
螺栓紧固顺序原则:
①按先中间、后两边、对角、顺时针方向依次、分阶段紧固;
②一般分两段紧固:第一-步拧50%左右的力矩;第二步拧100%的力矩;
③螺栓末端应露出螺母外1~3个螺距。
五、螺栓预紧平衡效果
通过以螺栓螺帽连接2个零件时的力的平衡,可以判断紧固状态是否可靠、连接是否松动、螺栓是否破损等情况。
1)螺栓/螺帽拧紧时力的平衡
(a)以螺栓螺帽连接2个零件时,螺栓自身会承受拉伸力(轴力),而2个被连接体则受到相同力度的压缩力作用。这种状态下,连接部会形成力的平衡(【图1】)。
(b)中所述的状态可以通过【图2】所示的图形来表示,其中纵轴表示轴力,横轴表示螺栓伸长量及被连接体的压缩量。
(c)【图2】中两个图的轴力相等,将两个图背靠背放在一起,则合成了【图3】所示的图形,该图形叫做“紧固线图”。
(d)根据【图3】、
tanθ B = 轴力÷螺栓伸长量= F÷△B = 螺栓的弹簧常数(KB) tanθ C = 轴力÷被连接体的伸长量= F÷△C = 被连接体的弹簧常数(KC)
因此,
螺栓的伸长量△ B= F÷KB = F/ KB???(1)
被连接体的伸长量△ C = F÷KC=F/ KC
(e)【图3】以式(1)、(2)来表示,得到【图4】。这种情况下,如果在弹性变形范围内紧固,则【图4】中的三角形FBC始终相似。因此,轴力和(螺栓与被连接体的变形量总和)之比会始终保持恒定,该比率被称作“疲劳系数:Z”或“紧固体整体的弹簧常数”疲劳系数:Z=轴力÷螺栓和被连接体的变形量总和=F÷F(KB+KC)/ KB?KC = KB?KC /(KB+KC)
六、螺栓注意事项
1、准备螺栓装配前
①应检查螺栓、螺母是否干净、生锈,有无毛刺、磕碰;
②检查被连接件与螺栓、螺母接触的平面,是否与螺栓孔垂直;
③还应检查螺栓与螺母配合的松紧程度。
2、螺母和平垫圈装配时,螺母和垫圈均反面靠近被连接件螺母标有字样的一-面为正面,垫圈圆滑一面的为正面。
3、施力操作要领(仅供参考) :
4、螺栓连接的防松,关键在于防止螺纹副的相对转动,常见的螺栓放松方法有三种:
①摩擦防松:弹簧垫片防松、双螺母防松、自锁螺母防松;
②机械防松:开口销防松、止动垫片防松;
③永久防松:冲边法防松、粘合防松。
5、螺栓拆卸常见问题
①拧松管道、阀门的法兰盘螺栓时:应先松远离身体的一-半螺栓,使残存的油、汽、水从对面排以防被喷淋、烫伤。
②螺栓有胶水拧不开的情况:大多数胶水是有机溶液,可以用香蕉水或酒精浸泡半个小时或用酒精棉花盖在螺栓.上,时间长点,就可将胶水溶解。
③螺栓生锈拧不开的情况:喷WD-40,等半小时后,喷雾会渗透到螺栓中间溶解锈块。其他方法:震动、润滑、火烤、电钻。
④螺栓滑牙拧不开的情况: 可用腐蚀性溶液,把螺栓慢慢腐蚀掉,如稀硫酸、盐酸。金属用酸,塑料用碱。
6、螺栓使用常见误区
①以粗代细:一些重要联接件,如传动轴、飞轴等, 其螺栓多用细牙螺纹;细牙螺栓螺距和外角较小,具有强度高、自锁性能好等优点,承受冲击、振动和交换载荷的能力强;用粗牙螺栓代用后,易松动或脱、拆断,造成事故。
②孔隙不配:承受横向载荷和剪切力作用的螺栓(如传动轴螺栓、飞轮螺栓),它们与螺栓孔的配合为过渡配合,装配应结实可靠,又能承受侧向力;在装配中若不注意检查,螺栓与螺栓孔之间出现较大间隙时仍然安装,结果有可能发生螺栓松动或切断事故。
③加厚螺母:错误观点:加厚螺母可以增加螺纹的工作圈数,从而提高连接件的可靠性;其实螺母越厚,各圈螺纹间的载荷分布越不均匀,越容易导致连接件松动。
④- -母多垫: (≥2个):有时会出现装配后的螺栓过长现象,于是有人便在-一个螺栓上装上许多弹簧垫圈;在紧固过程中弹簧垫圈受力不均,有的会折断,使螺栓的预紧力下降;或者产生偏心载荷,降低了螺栓的连接可靠性。
⑤垫圈过大: (GB/T 97. 1-2002表1中M5 M36:垫圈内径大于螺纹大径0.3mm^ 1mm);错误做法:由于缺少合适的垫圈,便用内径较大的垫圈代替这样螺栓头部下面与垫圈接触面积小,垫圈的承压力或锁止力下降,在振动和冲击载荷作用下,螺栓易松动
⑥扭矩不符:错误观点:认为螺栓应“宁紧不松”,于是便有意识地加大螺栓的拧紧力矩;造成后果:导致螺栓滑扣,甚至拧断;错误做法:对于需用扭矩拧紧的重要螺栓,又图省事用活动扳手去拧;造成后果:因扭矩不足而松动,酿成故障。
⑦锁止不当:重要螺栓装配后应采取防松装置锁止;采用开口销锁止时,常见的错误是用过细的开口锁或半片开口锁锁止;采用弹簧垫圈锁止时,常见的错误是垫圈开口错距过小,失去弹性。采用锁片锁止时,常见的错误是将锁片锁在螺母的棱角处;采用双螺母锁止时,常见的错误是将较薄的螺母装在外面,而且拧得不紧。
⑧虚假坚固:螺栓、螺母或孔的螺纹内有锈渍、水垢、铁屑、砂粒、毛刺等;装配前予以清除,在拧紧螺栓时,由于杂质的阻滞作用,表面上扭矩值达到了要求,但实际上连接件并未真正压紧。
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