螺纹紧固扭矩计算相关知识汇总

螺纹紧固扭矩计算相关知识汇总

-01- 螺栓连接的物理基础

螺栓连接的理论依据是古典摩擦定律(classical friction law)-阿蒙顿-库伦定律，综述如下：

摩擦力与法向载荷成正比：

摩擦因数与接触面积无关;

摩擦因数与滑动速度无关;

静摩擦因数大于动摩擦因数.

根据定律定义两个概念：

全反力：接触面给物体的摩擦力f与支持力的合力称全反力R,亦称接触反力

摩擦角：全反力与支持力的夹角称摩擦角，一般用表示。

-02- 螺栓连接尺寸结构  

大径d(D)：它是与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱的直径，一般定为螺纹的公称直径。

小径 ：它是与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱的直径。是螺纹危险剖面的计算直径。

中径：螺纹的牙厚与牙间相等处的假想圆柱直径。

螺距P：相邻两牙在中径上对应两点间的轴向距离。

· 

 螺纹线数n：沿一条螺旋线形成的螺纹称为单线螺纹，n＝1。沿两条或两条以上，在周向等角度分布， 在轴向等间距分布的螺旋线形成的螺纹称为多线螺纹。

导程s：同一条螺旋线上的相邻两牙在中径上对应两点间的轴向距离。—般取为外旋线数为n，则s＝nP。

螺旋升角φ：在中径圆柱上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角，其展开形状右图所示。

 牙型角a：轴向剖面内，螺纹牙型两侧边的夹角。

牙型斜角β：轴向剖面内，螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角

-03-  螺栓副受力分析'

（1）矩形螺纹（牙型角α=0）

螺纹副中，螺母所受到的轴向载荷Q是沿螺纹各圈分布的，为便于分析，用集中载荷Q代替，并设Q作用于中径圆周的一点上。

这样，当螺母相对于螺杆等速旋转时，可看作为一滑块(螺母)沿着以螺纹中径展开，斜度为螺纹升角的斜面上等速滑动。

匀速拧紧螺母时，相当于以水平力推力F推动滑块沿斜面等速向上滑动。设法向反力为N，则摩擦力为为摩擦系数，ρ为摩擦角，

由于滑块沿斜面上升时，摩擦力向下，故总反力R与Q的的夹角为

由力的平衡条件可知，R、F和Q三力组成力封闭三角形，由下图可得：

使滑块等速运动所需要的水平力：  

（2）非矩形螺纹

螺纹的牙型角α≠0时的螺纹为非矩形螺纹。非矩形螺纹的螺杆和螺母相对转动时，可看成楔形滑块沿楔形斜面移动；

平面时法向反力N=Q; 平面时摩擦力

楔形面时法向反力楔形面摩擦力

称当量摩擦系数。

楔形面和矩形螺纹的摩擦力相比，与当量摩擦系数对应的摩擦角称为当量摩擦角，用表示。

拧紧螺母时所需的水平推力及转矩：由于矩形螺纹与非矩形螺纹的运动关系相同，将代替ρ后可得：

使滑块等速运动所需要的水平力：

从上述的推论中可以看出，力矩的获得是建立在滑块等速运动的基础上，实际应用中，拧紧工具的转速变化会影响扭矩值的确定。

-04-  螺栓头部摩擦力矩

栓或螺母头部的摩擦接触面为圆环面，滑动摩擦所产生的摩擦力矩可使用积分方法确定。

-05-扭矩法力矩计算公式

扭矩的产生主要是由于拧紧过程中，螺栓或螺母的头部与被连接件或自身的垫片产生摩擦力矩同时内、外螺纹间也产生摩擦力矩