Болтовое соединение является наиболее распространенным методом разъемного соединения при монтаже механического оборудования. Чтобы обеспечить жесткость и противоотвинчивающую способность болтового резьбового соединения в процессе эксплуатации, необходимо произвести предварительную затяжку при сборке, и вопрос о том, как определение момента предварительной затяжки становится проблемой, которую необходимо изучить. Если крутящий момент предварительной нагрузки слишком велик, соединение выйдет из строя, а если он слишком мал, оно не будет соответствовать требованиям надлежащего использования. Поэтому определение момента затяжки болтов стало важным вопросом в сборочных работах.

Анализ напряженного состояния пары болтовых соединений

Болтовые соединения обычно применяются группами, а метод передачи усилия, количество и расположение должны быть рассчитаны в соответствии со структурой соединяемых частей и нагрузкой на соединительные части. В общем виде напряженные состояния болтового соединения следующие:
(1) чисто осевая сила, на болт действует только осевая сила;
(2) Боковая сила, радиальная сила болта;
(3) Вращающий момент, такой как соединение фланца колеса;
(4) Опрокидывающий момент, также называемый опрокидывающим моментом.

Среди них (1) и (4) пара болтовых соединений находится под напряжением, а (2) и (3) пара болтовых соединений может испытывать растяжение или усилие сдвига.

Анализ момента затяжки в мерах по предотвращению ослабления пар болтовых соединений

Существует три широко используемых метода предотвращения ослабления болтовых соединений в инженерных приложениях: фрикционное предотвращение ослабления, механическое предотвращение ослабления и постоянное предотвращение ослабления. Среди них механическое противоотвинчивание и фрикционное противоотвинчивание называют разъемным противоотвинчиванием. При установке необходимо применять момент затяжки. Постоянным противоотвинчиванием называется несъемное противоотвинчивание, которое нельзя использовать повторно, поэтому оно меньше используется при сборке механического оборудования.

(1) Общие методы трения и предотвращения ослабления включают использование пружинных шайб, самоконтрящихся гаек и двойных гаек. В методе предотвращения ослабления пружинной шайбы момент затяжки увеличивает момент сжатия пружинной шайбы, но поскольку значение момента сжатия невелико, его часто игнорируют при расчетах. В методе предотвращения ослабления самоконтрящейся гайки момент затяжки такой же, как у обычных болтов. В методе предотвращения ослабления двойных гаек (верхних гаек) следует учитывать момент затяжки передней и задней гаек.

(2) Распространенные механические методы защиты от ослабления: используйте шплинты, стопорные прокладки, натянутые тросы и т. д. В механических методах в основном используются механические конструкции, такие как шплинты, для предотвращения возврата болтов. Момент затяжки этого метода такой же, как и при обычном методе.

(3) Постоянные методы защиты от ослабления включают в себя пробивку краев, защиту от ослабления, склеивание, защиту от ослабления и т. д. Этот метод обычно используется для постоянного соединения и не может быть разобран, но его момент затяжки не такой, как у обычных методов.

Для момента затяжки пары болтовых соединений механический метод защиты от ослабления и постоянный метод защиты от ослабления представляют собой затяжку одной гайки, а момент затяжки такой же, как у обычного натяжного болтового соединения. В методе трения против ослабления пружинная шайба против ослабления увеличивает крутящий момент прижима пружинной шайбы на основе затягивания одной гайки во время затягивания. При затяжке методом двойной гайки необходимо обращать внимание на разницу моментов затяжки передней и задней гаек, которую необходимо рассматривать отдельно.

Анализ и расчет взаимосвязи между осевой силой и моментом затяжки

Момент затяжки создается вращательным движением гидравлический ключ. Крутящий момент Т крутильного движения в основном преодолевает момент сопротивления резьбы Т1 резьбовой пары и момент трения торца Т2 между гайкой и опорной поверхностью соединяемой детали. То есть можно получить следующую формулу:

1
В формуле: Т — момент затяжки; F0 – усилие предварительной затяжки, Н;ω – угол подъема резьбы; – эквивалентный угол трения резьбы; d2 – средний диаметр резьбы, мм;

μ — коэффициент трения между гайкой и опорной поверхностью соединителя;

Dw – диаметр гайки или шайбы, соединенной с опорной плоскостью;

d0 — наружный диаметр резьбы;

d – номинальный диаметр резьбы, мм;

K – коэффициент момента затяжки,

Следовательно, когда болты имеют одинаковый размер, осевой предварительный натяг болтов пропорционален моменту затяжки, а коэффициент пропорциональности представляет собой коэффициент момента затяжки K.

Расчет значения коэффициента К представляет собой относительно сложный процесс. Вообще говоря, для обычной крупной резьбы M12~M64 коэффициент момента затяжки обычно варьируется в определенном диапазоне.

Можно считать, что при выборе модели болтов, гаек, шайб, соединительных деталей и других деталей коэффициент момента затяжки фиксируется в определенных рабочих условиях и рабочем состоянии. То есть в этом случае величина требуемой предварительной нагрузки напрямую определяет величину момента затяжки, который следует приложить.

Согласно формуле (1) момент затяжки и усилие предварительной затяжки болта имеют линейную зависимость. Следовательно, после того, как момент затяжки определен и контролируется на начальном этапе эксплуатации, значение усилия предварительной затяжки может быть рассчитано экспериментальными или теоретическими методами. Из-за влияния значения коэффициента K, неопределенности коэффициента трения и геометрических параметров при определенном моменте затяжки диапазон изменения значения усилия предварительного натяга относительно велик. Поэтому точность контроля усилия предварительной затяжки болта по моменту затяжки не очень высока, а погрешность составляет около 251ТР2Т, а максимальная может достигать даже около 401ТР2Т.

Это создает противоречие: с одной стороны, конкретное значение требуемой силы предварительного натяга может быть рассчитано в соответствии с условиями и требованиями применения, но, с другой стороны, требуемая сила предварительного натяга не может быть точно приложена в реальности для достижения ее. значение можно определить только приложив определенный момент затяжки. Поэтому в последующем обсуждении рассматривается только чисто линейная зависимость между моментом затяжки и предварительным натягом и игнорируется эта ошибка.

Как определить предварительную нагрузку болта (момент затяжки)

В нормальных условиях корпус фланцевого соединения, соединенный N парами болтов и гаек, создавая определенное усилие затяжки F, создает внутреннее давление Fx в корпусе соединения. Для этого типа муфты для жидкостей с определенным внутренним давлением при расчете момента затяжки болтов необходимо учитывать следующие четыре момента:

(1) Обеспечьте прочность болта, то есть не допускайте потери функции соединительного тела из-за выхода из строя болта из-за чрезмерного момента затяжки.

(2) Обеспечьте прочность резьбы и предотвратите срабатывание резьбы из-за чрезмерного момента затяжки.

(3) Убедитесь в прочности фланца, чтобы фланец не был поврежден из-за чрезмерного момента затяжки.

(4) Убедитесь в работоспособности прокладок и шайб и убедитесь, что соединение не на месте из-за слишком малого момента затяжки, а болты не повреждены из-за чрезмерного момента затяжки.

Учитывайте прочность болта

Общепринято, что предварительное напряжение затянутого резьбового соединения не должно превышать 801ТР2Т предела текучести его материала σs. Для стальных болтов для соединений общего назначения рекомендуемые пределы предварительного натяга следующие:

Болты из углеродистой стали F0=(～)σSAS

Болт из легированной стали F0=(～)σSAS

В формуле: σs – предел текучести материала болта, МПа; As – площадь поперечного сечения болта при номинальном напряжении, мм2;

Для важных болтовых соединений должен быть метод контроля и измерения предварительного натяга. Обычно используются следующие методы:

(1) Метод крутящего момента: когда динамометрический ключ используется для измерения момента затяжки, обычно берется коэффициент предварительной нагрузки Q=[1], и указанное значение динамометрического ключа должно быть: M=0,2PD.

(2) Метод угла гайки: после того, как гайка завинчена до точки контакта с соединяемой деталью, ее поворачивают на определенный угол, чтобы получить требуемое усилие предварительного затягивания.

(3) Метод предварительного растяжения болта: предварительно растяните болт до требуемой деформации путем нагрева, а затем затяните гайку. После остывания болт укорачивается и соединение предварительно затягивается. В этом методе на болт не влияет момент затяжки, и прочность болта в определенной степени повышается, но требуется устройство предварительной деформации.

Этот метод расчета момента затяжки, который просто учитывает прочность болта, имеет определенные ограничения. Однако, когда нет требований к герметизации и прочность соединенных деталей достаточно высока, его можно использовать в качестве фактического момента затяжки, особенно при затяжке анкерных болтов, что является более распространенным и подходящим.

Учитывайте прочность нити

Надлежащий момент затяжки необходим, чтобы гарантировать, что резьба может быть затянута без повреждения резьбы или гаек. Это требует, чтобы момент затяжки был между моментом завинчивания и предельным моментом. Существует множество факторов, влияющих на крутящий момент и ограничивающий крутящий момент. Более важными факторами являются тип, размер, состав гайки, твердость, толщина и т. д. резьбы.

Однако зубья резьбы и другие размеры стандартных болтов и гаек определяются по принципу равной прочности и опыта. При использовании стандартных деталей эти детали не требуют прочностных расчетов. Однако после совместного использования нестандартных деталей или после замены материала необходимо дополнительно рассчитать прочность резьбы, чтобы определить предельный момент затяжки. Метод расчета прочности этой нити можно найти в соответствующих справочниках.

Учитывайте прочность соединенных частей. При болтовом соединении фланцев или других соединителей прочность соединяемых деталей также является важным фактором, который следует учитывать.

Конечно, это усилие предварительной затяжки является минимальным усилием предварительной затяжки, требуемым для болта, а расчетный момент затяжки также является минимальным моментом затяжки. В пределах подходящего диапазона размеров момент затяжки должен принимать большее значение. Таким образом, в соответствии с самыми основными требованиями к герметизации достигается минимальный момент затяжки болта.

Определение момента затяжки

Надлежащий момент затяжки очень важен для болтовых соединений. Первым шагом в определении момента затяжки является расчет подходящей силы предварительного натяга F. После вышеприведенного анализа можно определить, что подходящий диапазон F составляет F1~Min (F2, F3, F4, F5). Среди них F1 - минимальное усилие сжатия прокладки, обеспечивающее герметичность; F2 - сила сжатия, разрушающая прокладку или шайбу; F3-сила сжатия для разрушения резьбы; F4-максимальное усилие предварительной затяжки болта; F5-чтобы сделать Растяжимое усилие разрушения поверхности сжатия.

Учитывая использование штатных крепежных изделий и пренебрегая предельным случаем отказа соединяемых деталей, можно считать, что в болтовом соединении величина предварительного натяга должна быть в пределах от F1 до Min (F2, F4). Вообще говоря, момент затяжки должен иметь большое значение в подходящем диапазоне, потому что чем больше осевая сила болта, тем лучше его характеристики защиты от ослабления и сопротивления усталости, а также выше эффективность болта. Таким образом, наиболее подходящая предварительная нагрузка должна быть минимальной (F2, F4). То есть в процессе расчета силы предварительного натяга в основном учитывается максимальное усилие сжатия, которое может выдержать прокладка, и одновременно рассчитывается максимально допустимое усилие сжатия болта, и меньшее значение двух взят.

Подвести итог

Во многих случаях при расчете момента затяжки часто учитываются только один или два случая, а момент затяжки болтов анализируется и суммируется без всестороннего учета множества различных условий работы из расчета минимального и максимального момента затяжки. метод расчета. В этой статье путем обсуждения получен более полный теоретический метод расчета момента затяжки болтов.