对螺纹联接预紧力控制方法
现代机械和各种工程结构中广泛采用螺纹联接，螺纹联接轴向预紧力的大小直接影响着螺纹联接的质量。

在螺纹联接理论基础上，介绍并分析了5种抽向预紧力的控制方法及其特点，供相关技术人员有选择地使用。

1 引言
螺纹联接可以获得很大的联接力，并且装拆方便可靠。

螺纹联接制造方便，标准化程度高，品种多，能适应各种不同的工作条件，因此，在机械和各种工程结构中广泛采用螺纹联接。

绝大多数螺纹联接在安装时都必须拧紧，使被联接件受到压缩，同时螺栓受到拉伸，这种在螺栓承受工作载荷之前受到的力称为预紧力。

预紧的目的是为了提高联接的可靠性、紧密封和防松能力。

对于承受轴向拉力的螺纹联接，还能提高螺纹的疲劳强度。

对于承受横向载荷的普通螺纹联接，可以增大联接中接合面间的摩擦力。

预紧力的适当控制又是确保螺纹联接质量的关键。

预紧力过小，将导致联接松动而失效，预紧力过大，将导致装配时或偶然过载时螺栓过度屈服而产生早期断裂。

在许多产品的装配中，控制预紧力的方法是凭工人的经验和感觉。

实践表明，一个技术熟练的工人凭感觉拧紧螺栓，其预紧力误差可能高达士40%。

所以必须有一套控制和测量预紧力的方法。

2 预紧力的控制方法
(1) 力矩法
预紧力与拧紧力矩的关系:预紧力的大小，由施加的扳手力矩大小来控制。

以螺栓联接为例，螺栓联接的拧紧力矩指达到要求预紧力时的扳手力矩。

拧紧螺母时，加在扳手上的力矩T，用来克服螺纹牙间的阻力矩T;和螺母支承面上的摩擦阻力矩兀，
即T= T ,+几。

对于 M1 0一M68的粗牙普通螺纹，无润滑时有如下近似关系
T= 0 . 2F d式中 F—预紧力，N;
d—螺纹大径，nim0
预紧力的大小根据螺栓组受力和联接的工况要求决定。

一般规定螺
纹联接件的预紧力不得大于其材料屈服极限的80% ，推荐预紧力为其材料屈服极限的50% 一70%.力矩控制法就是根据轴向预紧力F
与拧紧力矩T的关系，确定拧紧力矩。

用力矩扳手控制拧紧力矩时，可以借助测力矩扳手或定力矩扳手。

这种方法是目前国内应用最广
泛的一种控制方法。

但根据多种资料及试验结果显示，这种方法可
能会产生土25%的预紧力误差。

由于联结螺纹不可避免地存在制造误差，使批量生产中的螺纹尺寸、形状存在差异;有时甚至存在铁屑、沙粒、碰伤等缺陷;批量装配中涂敷润滑剂的多少及拧紧速度、温度不相同等因素，摩擦阻力不能保持恒定，所以使联接力的精度仅为20%一30%。

该方法仅可在对轴向预紧力精度要求不高的场合采用。

(2) 螺母转角法
螺纹副多数要承受交变应力，因此螺纹联接件的疲劳强度很重要。

当前先进的螺纹拧紧工艺，推荐螺栓应拧紧到屈服极限或塑性变形区，这一措施将会大幅度提高螺栓副的疲劳强度。

然而“扭矩法”
控制难以做到使螺栓副预紧到屈服极限或塑性变形区。

具体做法是，先将螺母拧紧到与被联接件贴紧后，然后再用扳手旋
紧规定的角度p。

在初步拧紧时，消除了螺母和被联接件之间的间隙，在最后拧紧时用角度中来保证螺栓的伸长变形量S，从而保证
预期的预紧力。

lp的大小和螺栓、螺母及被联接件的材料、尺寸有关，同时还要考虑螺栓的弹性变形以及初步拧紧时的紧度。

该法获
得的轴向预紧力除受联接系统刚度影响外，几乎不受联接件制造误
差和联接件之间摩擦系数的影响，控制精度高，可将预紧力控制在
土巧%的误差范围内，所以可得到较高精度的预紧力。

该控制法适
于在诸如汽车发动机主轴承盖、缸盖与机体的联接中采用。

螺母转
角控制法装配时采用机电一体化的自动装配机进行。

国际上先进的
有瑞典某公司生产的产品“FM一g 螺母拧紧机。

它由2个运行机构、2套测量机构来实现螺栓副的拧紧。

其中一套是进行贴紧扭矩的拧紧，检测到额定扭矩值后进行切换，另一套机构进行转角拧紧，并
有角度编码器计算角度，到位后发出信号，停止片刻，再进行第2
次转角拧紧，到位后再发出信号，报告拧紧完毕。

最后，计算机运
算后打印出数据或曲线。

自动装配机在记录转角和控制的同时还可
检测扭矩，利用拧紧扭矩和螺母转角给出的信息，能发现联接处有
诸如污物、毛刺、螺纹碰伤、乱扣等缺陷以及螺栓热处理质量和材
料抗拉强度的高低。

我国已有几家汽车厂、内燃机厂以几万美元的
价格引进该设备，由于价格昂贵，其推广应用受到一定限制。

国内
已有研究人员设计出“扭矩拧紧转角扳手”。

(3) 伸长量控制法
对大直径螺栓联接，则可通过测量螺栓伸长量的方法来控制预紧力。

用测微计测量螺栓的弹性伸长，然后利用预先校准的螺栓载荷
变形曲线或利用公式计算预紧力。

该法控制的预紧力能排除摩擦系数、接触变形和被联接件变形等可变因素的影响，预紧力可达到土5%的精度。

但在实用中，由于伸长量控制法需要准确地测出伸长量，受联接方式、测量仪器结构及测量精度限制，尤其在大批量快节奏
的生产场合，目前应用起来有一定麻烦和困难。

可以相信，随着高效、精密测量仪器的开发和问世，伸长量控制法一定能在生产现场
得到广泛应用。

(4) 拉伸法
通过加热使螺栓预伸长到所需要的变形量，再拧紧螺母，冷却后螺栓缩短而获得一定的预紧力。

有2种方法加热，一般采用在油中加热，温度易于测量和控制，但预紧力的大小受材料弹性模量、线膨
胀系数和拧紧力矩系数影响较大。

另一种为在螺栓顶端的中心部位
有供电加热的深孔，待电加热器加热到一定温度后上紧螺母。

螺栓
的伸长也可以采用液压的方法来获得，该法可以认为是对预紧力的
直接控制和获得。

预紧力除受“松弛量”影响外，几乎不受其他因
素影响，轴向预紧力最高，可在预紧力要求很高、装配结构和装配
空间允许的场合使用。

同时，液压紧固采用的压力可高达220M Pa，以M30液压螺母为例，对螺栓施加的预紧力高达37k N。

这是用手
动扳手拧紧螺母方法不能达到的。

所以这种方法用于尺寸较大和重
型的螺栓联接，在煤矿机械的螺栓联接中也已获得使用。

(5) 特殊设计
在螺母的外圆和内螺纹之间沿圆周均布数个小的螺纹通孔，在这些
螺孔中有顶丝，依靠这些顶丝使螺栓受力，从而达到上述目的。

在
螺栓头部下方与被联接件接触部设计有环状突起，当预紧力达到给
定值时，突起的挤压变形量已达到预定值，用塞规测量螺栓头和被
联接件之间的间隙，可以决定螺栓是否已达到规定的拧紧力矩。

3 结语
控制预紧力的大小，可以通过控制螺纹的拧紧力矩的大小来实现。

前面介绍的各种控制方法，可以在生产实际中根据实际情况有选择
地使用。