重型设备高强度地脚螺栓预紧力的确定

重型设备高强度地脚螺栓预紧力的确定摘要：高强度地脚螺栓广泛应用于机电设备安装领域，特备是重型设备的安装，而螺栓的预紧是安装过程中非常重要的环节。本文通过对螺栓连接受力变形图的分析及相关的计算来确定安装过程中预紧力的大小。Abstract:Highstrengthboltsarewidelyusedinthefieldofelectricalandmechanicalequipmentinstallation,Especiallyfortheinstallationofheavyequipment,,andboltpretloadisveryimportantlinkintheinstallationprocess.Inthispaperwilldeterminepreloadthroughtheanalysisoflinkingbolt’sstressdeformationfigureandrelatedcalculation.关键词：高强度地脚螺栓预紧力预紧方法Keywords:HightstrengthfoundationboltPreloadmethodsofboltpreload1前言如今，高强度地脚螺栓已广泛应用于机电设备安装工程中，而螺栓的预紧是安装过程中非常重要的环节，螺栓预紧的目的是增强联接的刚性、紧密性和防松能力,对于受拉螺栓,适当增加预紧力,还可提高螺栓的疲劳强度；对于受剪螺栓,预紧可增大联接中的摩擦力。但是，在连接时预紧力应该多大？本文将通过分析和计算来确定。2高强度螺栓的定义用高强度钢制造的,或者需要施以较大预紧力的螺栓,皆可称为高强度螺栓.高强度螺栓多用于桥梁、钢轨、高压及超高压设备的连接。高强度螺栓的材料35#钢或其它优质材料，制成后进行热处理，提高了强度。从强度等级上看：常用8.8级、10.9级、12.9级高强度等级的螺栓。。3紧联接螺栓的受力与变形紧联接螺栓在装配时必须拧紧，使联接在承受工作载荷之前，就先受到一个预加力的作用。施加预紧力的目的在于，防止受载荷后被联接件之间出现缝敬，或发生相对滑移，以增加联接的可靠性和紧密性。下面以延伸法预紧的例子来说明预紧过程中螺栓与被联接件的受力与变形过程，如图1所示。图1螺栓延伸法预紧的受力与变形过程1)螺栓处于原始状态。如图1(a)所示。2)拉拔螺栓阶段。如图1(b)所示,先将拉拔器的内螺母与螺栓头联接,然后不断升高拉拔器液压张紧缸的油压,使螺栓受到轴向拉力F而拉伸伸长，整个螺栓联接的拉伸变形量为δ，此时,被联接件受到相同的压力F而压缩，其压缩变形量为δ2。通过拉拔后,螺母与被联接件产生了间隙δ1。3)拧紧螺母阶段。保持拉伸力不变,拨动张紧工具上的转轮,使螺母与被联接件的表面接触,如图1(c)所示,显然,螺母的行程为δ1，而螺栓实际拉伸量为δ1–δ2。4)预紧阶段。去除拉伸力,螺栓与被联接件欲恢复到原始状态。而由于在步骤3)中拧紧螺母,螺栓欲压缩变形δ1-δ2，螺栓与被联接件在变形协调条件下达到平衡，螺栓产生预紧力F0，整个预紧过程完成如图1(d)所示。螺栓和被连接件的受力与变形关系可以线图表示。如图2所示，图中纵坐标代表力，横坐标代表变形。螺栓拉伸变形由坐标原点Ob向右量起；被连接件压缩变形的坐标由原点Om向左量起。图a、b分别表示螺栓和被连接件的受力与变形的关系。由图可见在连接尚未承受工作拉力F时，螺栓的拉力和被连接的压缩力都等于预紧力F0。因此为分析上的方便，可将图（a）和（b）合并成（c）。（a）（b）（c）图2螺栓连接受力变形线图如图2所示，当连接承受工作载荷F时，螺栓的总拉力为F2，相应的总伸长量为δ+δ2；被连接件的压缩力等于残余预紧力F1，相应的总压缩量为δm0=δm-δ2。由图可见，螺栓的总拉力F2等于残余应力F1与工作拉力之和，即F2=F1+F为保证连接的紧密性，防止连接受载后接和面间产生缝隙，应使F10.地脚螺栓推荐采用的F1为：F1≥F。螺栓的预紧力F。与残余预紧力F1、总拉力F2的关系，由图2中的几何关系推出F0/δ=tanθb=CbF0/δ1=tanθm=Cm式中，Cb、Cm分别表示螺栓和被连接件的刚度，均为定值。由图2（c）得F0=F1+（F-ΔF）（1）按图中的几何关系得ΔF/(F-ΔF)=δ2tanθb/δ2tanθm=Cb/Cm或ΔF=CbF/（Cb+Cm）（2）将（2）带入（1）得螺栓的预紧力为F0=F1+[1-Cb/（Cb+Cm）]F=F1+CmF/（Cb+Cm）螺栓的总拉力为F2=F0+ΔF或F2=F0+CbF/（Cb+Cm）式中Cb/（Cb+Cm）为螺栓的相对刚度。表1螺栓的相对刚度被连接件及所用垫片类型Cb/（Cb+Cm）金属垫片或无垫片0.2-0.3皮革垫片0.7铜皮石棉垫片0.8橡胶垫片0.9地脚螺栓在重型设备的固定中一般只受到轴向的载荷，在此就不对螺栓的横向载荷、弯矩、转矩作计算和分析了。常用规格的高强度螺栓预紧力F0和预紧力矩M0如下表2：等级规格8.810.912.9F0(KN)M0（N·m）F0(KN)M0（N·m）F0(KN)M0（N·m）M16511557422586260M186620091310105300M2084320118440134510M22102430144600168700M24121550167760193880M2715680021511002541300M30192110026415003091760M33236148032720503832400M36278190098126004303000M3933324701590340054040004施加和测定爱紧力的方法施加和测定预紧力，通常有以下三种方法:1）测螺拴伸长量法用测定螺栓仲长量的方法来控制和测定预紧力。此法常用于标准件厂对螺栓保证载荷的测定。但此法对于已装在机械上的螺栓，由于丝置局限而不便测量，使用场合受到一定的限制。2）转角测定法通过测定螺母的旋转角度来控制螺栓的轴向拉力。从而将预紧力控制在允许范围内。但由于被联接件的层数不同，贴紧程度不同，螺母旋转一定角度后，螺栓的拉力也难以测准确。3）扭距法在拧紧螺母时，用控制扭矩大小来控制螺栓的预紧力的方法叫扭矩法。此法可采用测力矩扳手，定力矩扳手和定力定臂扳手来控制预紧力，操作简便，实用较广。4）延伸法延伸法是先通过某种外力使螺栓达到规定的伸长量,再拧紧螺母,待去除外力之后,即可使联接保证所需的预紧力。延伸法根据螺栓伸长的方式不同又可分为温度延伸法和液压延伸法两种。。温度延伸法通过加热元件使螺栓轴加热以实现需要的伸长量。由于时间消耗长,且需要使用能容纳加热元件的专用螺栓,使其应用受到一定的限制。液压延伸法是使用液压张紧缸将螺栓拉伸到要求的长度后,通过张紧工具上的转轮拨动螺母使其与被联接件接触,然后释放张紧缸油压来达到预紧的方法。其原理如图1所示。液压延伸法具有较高的可再现性,在延伸断面上是纯拉伸力,有利于保护螺栓。且张紧工具尺寸小,在同一结构上同时张紧同样的螺栓时此法很理想,用同一个张紧缸可以张紧和松开几种不同尺寸的螺栓,具有快捷、经济、安全等优点。参考文献【1】JG/T5057—1995建筑机械与设备高强度紧固件技术条件。【2】黄坤平.高强度螺栓延伸法预紧的实际预紧力研究.冶金设备.2006.155（1）.46-49【3】濮良贵.机械设计.高等教育出版社.2005