CN107341280A - 一种螺栓转角法拧紧工艺的计算方法 - Google Patents

一种螺栓转角法拧紧工艺的计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及螺栓拧紧工艺技术领域，公开了一种螺栓转角法拧紧工艺的计算方法，包括初始拧紧力矩计算和旋转角度计算，初始拧紧力矩和旋转角度分别通过螺栓基本参数和相关常量计算得到，该计算方法使得在利用转角法进行螺栓拧紧试验前即可获得初步拧紧力矩和旋转角度，提高了螺栓拧紧试验的效率和可靠性。

Description

一种螺栓转角法拧紧工艺的计算方法
技术领域
本发明涉及螺栓拧紧工艺技术领域，尤其涉及一种螺栓转角法拧紧工艺的计算方法。
背景技术
缸盖螺栓是发动机主要的高强度螺栓之一，发挥着连接并紧固缸体、缸盖的作用，如果缸盖螺栓紧固性能不足，会导致发动机漏气漏水而停止工作。
缸盖螺栓通常采用转角法拧紧，转角法控制的是螺栓头部和螺纹间的相对角度，不受各部分摩擦系数的影响，可以把轴向力散差控制的较小。现有转角法拧紧工艺的设计没有计算，需要凭经验推测初始力矩和旋转角度，然后进行螺栓试验验证，试验反复性大，试验周期长，费用大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种螺栓转角法拧紧工艺的计算方法，方便快速计算确定螺栓的打紧力矩和旋转角度，为试验验证提供依据，避免反复试验，拧紧效果可靠。
为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：
一种螺栓转角法拧紧工艺的计算方法，包括初始拧紧力矩计算和旋转角度计算，
所述初始力矩计算的公式为：
T＝0.2×Fs×D，
其中，Fs指初始力矩下的预紧力，D为螺纹名义直径；
Fs＝Z×S0.2×As，其中，Z为预紧系数，S0.2为螺栓屈服强度，As指螺栓公称应力横截面积，且
其中，d2为螺纹中径，d3为螺纹小径；
所述旋转角度计算的公式为：
其中，C为衡量紧固件塑性或弹性变形的常量，P为螺栓的螺距，
fb指螺栓的弹性伸长量，且其中E为螺栓弹性模量，Ln为螺栓光杆部分长度，An为螺栓光杆部分的截面积，Ls为螺栓有螺纹部分的长度，As为螺栓公称应力截面积；
F0.2指螺栓拧紧后的最大预紧力，且F0.2＝K×S0.2×As，其中K为常量；
FA指初始拧紧力矩下的预紧力，且FA＝75％Fs。
上述螺栓转角法拧紧工艺的计算方法，常量C的取值范围为大于等于1.5且小于等于3。
上述螺栓转角法拧紧工艺的计算方法，常量Z的取值为Z＝0.2。
上述螺栓转角法拧紧工艺的计算方法，常量K的取值为K＝0.9。
本发明的有益效果在于：
本发明提供了一种螺栓转角法拧紧工艺中初始拧紧力矩和旋转角度的计算方法，可针对特定螺栓，准确、快捷地设定拧紧工艺，提高螺栓拧紧效率，保证螺栓拧紧的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，并将结合附图对本发明的具体实施例作进一步的详细说明，其中：
图1为使用本发明提供的螺栓转角法拧紧工艺的计算方法的螺栓拧紧步骤；
图2为螺栓拉伸量与轴向力关系曲线图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合具体实施例对本方案作进一步地详细介绍。
本发明实施例提供了一种螺栓转角法拧紧工艺的计算方法，包括初始拧紧力矩计算和旋转角度计算，其中，
首先计算初始力矩，所述初始力矩计算的公式为：
T＝0.2×Fs×D，
其中，Fs指初始力矩下的预紧力，D为螺纹名义直径；
Fs＝Z×S0.2×As，其中，Z为预紧系数，一般取值为0.2，S0.2为螺栓屈服强度，As指螺栓公称应力横截面积，且
其中，d2为螺纹中径，d3为螺纹小径；
然后计算旋转角度，所述旋转角度计算的公式为：
其中，C为衡量紧固件塑性或弹性变形的常量，其取值范围为大于等于1.5且小于等于3，螺栓的刚性越强，C值越大，但是C不能大于3；若螺栓的刚性较弱，则C值较小，但是C不能小于1.5；
P为螺栓的螺距；
fb指螺栓的弹性伸长量，且其中E为螺栓弹性模量，Ln为螺栓光杆部分长度，An为螺栓光杆部分的截面积，Ls为螺栓有螺纹部分的长度，As为螺栓公称应力截面积；
F0.2指螺栓拧紧后的最大预紧力，且F0.2＝K×S0.2×As，其中K为常量，其可取值0.9；
FA指初始拧紧力矩下的预紧力，且FA＝75％Fs。
螺栓旋转一定的角度目的是为了获得螺栓预紧力。初始力矩T确定后，可以计算得到螺栓在初始力矩T下的预紧力FA，螺栓最大预紧力F0.2与初始力矩T下的预紧力FA的差值(F0.2-FA)就是螺栓旋转后需要达到的预紧力。
螺栓旋转一定角度达到的预紧力与螺栓的弹性模量fb、螺栓螺距P有比例关系。弹性模量fb的含义是螺栓在弹性区域内单位预紧力下的伸长量，弹性模量fb和预紧力(F0.2-FA)的乘积表达含义是在该预紧力下的螺栓伸长量，螺栓的螺距P是螺栓旋转一周360°的导程(进给量)，螺栓伸长量与螺距P的比值表示该伸长量下螺栓需要旋转的角度。
通过上述计算方法即可得到螺栓拧紧的初始力矩和旋转角度，如图1所示，在螺栓拧紧时，先对螺栓进行选型，根据选定的螺栓进本参数，计算出初始力矩和旋转角度，然后根据计算所得值进行螺栓打紧，避免凭经验打紧时反复试验的问题，提高了打紧工艺的便捷性和可靠性。
如图2所示，按照理论设计的初始力矩和旋转角度拧紧螺栓，试验螺栓的拉伸曲线如图2中的NO.1曲线，通过拉伸曲线可以看出，缸盖螺栓进入屈服区域，且轴向力90kN左右，与理论设计(NO.2曲线)基本符合，因此计算的拧紧力矩及旋转角度满足使用要求。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种螺栓转角法拧紧工艺的计算方法，其特征在于，包括初始拧紧力矩计算和旋转角度计算，
所述初始力矩计算的公式为：
T＝0.2×Fs×D，
其中，Fs指初始力矩下的预紧力，D为螺纹名义直径；
Fs＝Z×S0.2×As，其中，Z为预紧系数，S0.2为螺栓屈服强度，As指螺栓公称应力横截面积，且
其中，d2为螺纹中径，d3为螺纹小径；
所述旋转角度计算的公式为：
<mrow> <mi>A</mi> <mi>n</mi> <mi>g</mi> <mi>l</mi> <mi>e</mi> <mo>=</mo> <mi>C</mi> <mo>&amp;times;</mo> <mfrac> <mn>360</mn> <mi>P</mi> </mfrac> <mo>&amp;times;</mo> <msub> <mi>f</mi> <mi>b</mi> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>F</mi> <mn>0.2</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>F</mi> <mi>A</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> </mrow>
其中，C为衡量紧固件塑性或弹性变形的常量，P为螺栓的螺距，
fb指螺栓的弹性伸长量，且其中E为螺栓弹性模量，Ln为螺栓光杆部分长度，An为螺栓光杆部分的截面积，Ls为螺栓有螺纹部分的长度，As为螺栓公称应力截面积；
F0.2指螺栓拧紧后的最大预紧力，且F0.2＝K×S0.2×As，其中K为常量；
FA指初始拧紧力矩下的预紧力，且FA＝75％Fs。
2.根据权利要求1所述的螺栓转角法拧紧工艺的计算方法，其特征在于，常量C的取值范围为大于等于1.5且小于等于3。
3.根据权利要求1所述的螺栓转角法拧紧工艺的计算方法，其特征在于，常量Z的取值为Z＝0.2。
4.根据权利要求1所述的螺栓转角法拧紧工艺的计算方法，其特征在于，常量K的取值为K＝0.9。
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