机车车辆用螺栓连接通用技术规范》宣贯讲稿V.ppt

主要内容 o编制说明 o标准内容简介及关键项点说明 o贯标建议措施 o补充部分 2 1 编制说明 n该标准由中国南车股份有限公司技术标准化 委员会秘书处归口。 n主要起草单位 南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司、 南车戚墅堰机车有限公司、南车株洲电力机 车有限公司、南车四方机车车辆股份有限公 司、南车南京浦镇车辆有限公司、南车眉山 车辆有限公司、南车资阳机车有限公司 3 1 编制说明 n采用国际、国内先进标准的情况 标准各部分分别对应于DIN 25201的相应部分，与 DIN 25201的一致性程度为等同采用。 DIN 25201标准作为铁路车辆用螺栓连接的选 择和应用的标准，提供了详细的系统理论和应用技术 ，具有很大的借鉴意义，并且ISO发布的紧固件标准 几乎是DIN标准的翻版，DIN标准的先进性、合理性 在ISO紧固件标准中也基本得到体现。因此，机车 车辆用螺栓连接通用技术规范的采标对象选择了 DIN 25201标准。 目前除了参考文件引用的标准未能获得， 标准中引用的其他标准均可通过正常渠道获得。 4 1 编制说明 n 主要问题及意见的处理 o关于紧固件材料及紧固件产品的选择是否按照 德标或ISO标准： 通过对国内紧固件生产及供应情况的调研，德标 紧固件所需材料以及相应的紧固件均可以实现在国内生 产及供货。调研厂商主要有： 序号名称 企业资质 备注 1 九 龙 民营企业 与铁道部科学研究院有合作关系，并与四方股份有长期的业 务往来。 2宁力民营企业 与株洲电力机车公司有业务 往来 3 晋 亿 台资企业 国内紧固件行业龙头 企业、沪市上市公司 4惠博民营企业 生产铁 路扣件等 5万喜 德国独资企 业 与株洲电力机车公司有业务 往来 5 1 编制说明 关于第2部分5.2节规定的紧固长度比值： 该比值并不是强制性指标，但希望设计时尽量 达到此比值。 各公司反馈的目前转向架所使用的部分紧固件 长径比汇总如下： （1）被调研的紧固件种类数为214； （2）满足长径比的种类数为83，占总数的 38.8%； （3）不满足长径比，但可以通过改进满足的种 类数为 39，占总数的18.2%； （4）不满足长径比，也不可以通过改进满足的 种类数 为92，占总数的43.0%； 6 2. 标准内容简介及关键项点说明 2.1 第1部分 螺栓连接的分类 2.2 第2部分 设计机械制造应用 2.3 第3部分 设计电气应用 2.4 第4部分 螺栓连接的安全 2.5 第5部分 防腐蚀保护 2.6 第6部分 连接尺寸 2.7 第7部分 安装 7 2.1 第1部分内容简介 n 本部分规定了机车车辆用螺栓连接的风险等级、 拧紧工况及其分类，并以图表的形式列出了它们 之间的关系。 n 风险等级分级 螺栓连接失效时可能发生的危险定义为风险等级H （高）、风险等级M（中）和风险等级L（低）三个 等级。风险等级不同，对螺栓连接的尺寸、安装和 文件记录以及安装时所用的工具提出的要求也不相 同。 8 2.1 第1部分内容简介 n 拧紧工况分类 螺栓连接的拧紧工况分为三类： n拧紧工况1：允许安装预紧力不能直接采用； n拧紧工况2： ，安装时使用允许安装预 紧力 n拧紧工况3： ，安装时使用允许安装预 紧力 n 螺栓连接的设计 6.2中的图1和6.3中的图2显示了螺栓连接的风险等级 、拧紧场合和种类之间的关系，并简要介绍了采取 的相应措施，如设计计算、拧紧扭矩的记录、安装 记录等。 9 2.1 第1部分关键项点说明 o风险等级分级 螺栓连接失效时可能发生的危险定义为三个 风险等级风险等级H（高）、风险等级M（中） 、风险等级L（低） 。 风险等级不同，对螺栓连接的尺寸、安装和 文件记录以及安装时所用的工具提出的要求也不 相同。 任何一个螺栓连接都可以归入上述三个等级 的其中一级。 10 2.1第1部分关键项点说明 例：株洲电机机车有限公司SS9机车转向架按质 量等级要求分级的部分紧固件清单如下表所示。 序号名称规格 质量等 级分级 安装部位序号名称规格 质量等 级分级 安装部位 1螺栓M24110H 齿轮 箱与电机、吊挂 座 11螺母M16 M 垂向减振器与托板 2螺栓M30110 H 电机与空心轴套12螺栓M2028H 轴箱拉杆与轴箱 体 3螺栓M2445 H 齿轮 箱吊挂座与电机13螺栓M1665 M 减振器与构架 4螺栓M2070 M 齿轮 箱与齿轮 箱吊座14螺母M16 M 减振器与构架 5螺母M20 M 齿轮 箱与齿轮 箱吊座15螺栓M1645 M 减振器与车体 6螺栓M2045 M 齿轮 箱吊座与电机16螺栓M2065 M 减振器与车体 7螺钉M2040 M 齿轮 箱合箱17螺母M20 M 减振器与车体 8螺栓M1016 M 连接销与连杆18螺栓M1040 H 挡板（一） 9螺栓M1230 M 密封环紧 固19螺母M10 H 挡板（一） 10螺栓M2450 M 连接销与车轮20螺栓M1635 H 挡板（二） 11 2.1 第1部分关键项点说明 o机械制造应用 12 2.1 第1部分关键项点说明 o电气应用 13 2.2 第2部分内容简介 n 本部分规定了机械制造应用螺栓连接、符号、结 构参数、选择紧固元件、螺栓连接的配置及参数 的选择等。 n 本部分适用于符合GB/T3098.1及DIN EN 20898-2 规定的钢制螺栓及螺母的螺栓连接（件）。本部 分在限定材料的条件下，也可应用于符合 GB/T3098.6及GB/T3098.15规定的A2及A4钢制制 造的螺栓及螺母的连接（件）。 14 2.2 第2部分内容简介 n 螺栓受力分析 纯拉伸应力 拉伸应力及弯曲应力 剪切应力及弯曲应力 合成负荷 （同心的轴向作用力） （偏心的轴向作用力） （横向作用力） （拉伸作用力、弯曲作用力 及横向作用力） n 设计原则 FmSFmax(Kopf)、AN Rm、FmGM、FmGS 其中，FmS为可加载螺纹承载能力 15 2.2 第2部分内容简介 16 2.2 第2部分内容简介 n 结构参数 o被紧固件的连接尺寸及形位公差按Q/CSR 52.6第3章及第4章的规定。 o紧固长度：为了螺栓杆的弹性延伸保持足够 大的值，需努力达到：LK/d35。 o螺栓连接的柔度：为了降低螺栓中的偏转力 及由于变形产生的预紧力下降，需努力达到尽可 能小的作用力比值K。 K =P/(S+P) 17 2.2 第2部分内容简介 n 紧固元件选择 o原则上应使用DIN 25200和Q/CSR 52.4规定 的连接件。 o螺栓与螺母应属于相匹配的性能等级，或由 同样的材料制成。 o表面涂层影响连接件功能的可靠性及其寿命 ，选择涂层时应考虑腐蚀、氢脆、摩擦系数的影 响。 18 2.2 第2部分内容简介 n 螺栓连接的配置及参数的选择 o建议按照VDI 2230第1部分的规定进行螺栓 连接计算，并考虑相应的特殊性。 o拧紧等级（拧紧系数A ）的确定，参见表3 。计算中使用的拧紧系数确定了，相应的拧紧等 级也就确定，对应的拧紧方法也就确定。 o在技术文件及图样中进行记录或说明，实例 见附录B。 19 2.2 第2部分关键项点说明 o设计时，需努力达到下列比值： LK/d35 为满足上述条件，当零部件厚度不满足要求时需另 外使用轴套或缩小螺栓直径。在后一种情况时，可 能需要增加螺栓数量或使用较高强度的螺栓。 20 2.2 第2部分关键项点说明 序号单位转向架 紧固 件 种类 数 满足 长 径比数 不满足长径比 ， 可以通过改进 满 足的种类数 不满足长径比， 不可以通过改进满 足的种类数 1株机公司HXD1型电力机车38226 10（空间限制，其中有2处非重要连接 ） 2株机公司DJ438220 16（空间限制，其中有3处非重要连接 ） 3四方股份200EMU4117024（其中有8处非重要连接） 4 浦镇公 司 客车209P11209（均为成熟运用产品，不需要改进） 5 浦镇公 司 CL24215609（引进车 型，暂无改进方案） 6眉山公司转K27124（空间限制） 7眉山公司转K67115（空间限制，其中有1处非重要连接） 8眉山公司转K75032（空间限制） 9 资阳公 司 引进美国EMD公 司 307176（空间限制，其中有1处非重要连接） 10 资阳公 司 出口巴西的机车225107（空间限制） 统 计214833992 各公司反馈的目前转向架所使用的部分紧固件长径 比汇总如表所示： 21 2.2 第2部分关键项点说明 例：浦厂209P转向架吊轴与弹簧托梁的连接 。 22 2.2 第2部分关键项点说明 o设计时，需努力达到尽可能小的作用力比值： K =P/(S+P) 螺栓的柔度（刚度的倒数）S应尽量大些，被紧固 的零部件的柔度p应尽量小些。 例如： 被紧固件选择较高的弹性模量的材料，以减 小柔度p ； 螺栓、螺母选择较低弹性模量的材料，以增 大S和s ； 23 2.2 第2部分关键项点说明 o设计时，垫圈限制在必需的最小数量。 o施加作用力的安装工具：专用安装工具。 o螺栓及螺母应属于相匹配的性能等级，或由同样的材 料制成。 o在公称直径小于或等于M12 时，应考虑使用锁紧件产 生附加扭矩。 o防故障的冗余装置： 螺栓数量应大于计算值； 另外的承载途径，在螺栓连接失效时起防护 作用（例如保险绳索、保险装置）。 24 2.2 第2部分关键项点说明 o表面涂层 在抗拉强度大于或等于1000 N/mm2时以及零件经渗 碳淬火及回火时，应选择不会发生氢脆的涂层。 例：一系减震器安装螺栓采用10.9级的M16 的螺栓，其防腐要求采用达克罗，而不采用常规 的有可能导致氢脆的镀锌的方法。 其中，达克罗，又称锌铬膜涂层，具有极 高的防腐蚀性，被誉为国际表面处理行业具有划 时代意义的新工艺。达克罗涂层虽有许多优点， 但它也有一些不足之处，主要体现为达克罗涂层 的导电性能不是太好，因此不宜用于导电连接的 零件，如电器的接地螺栓等。 25 2.2 第2部分关键项点说明 螺栓连接的配置 按照Q/CSR 52.1-2008 规定的风险等级，在配置螺 栓连接时应满足下表规定的最低要求。 26 2.2 第2部分关键项点说明 确定风险等级中没有把握时，应按照较高的风险等 级进行。 在不能采取冗余装置的场合，在工作使用中应缩短 检查的间隔时间。 建议按照VDI 2230 第1 部分的规定进行螺栓连接的 计算。 在螺孔中使用螺栓时，只有利用规定的最小旋进深 度，按照VDI 2230第1部分的规定算出的拧紧扭矩才 适用。 27 2.2 第2部分关键项点说明 拧紧等级（拧紧系数A） 摩擦系数估算时的误差、在一批螺栓及 需使用螺栓拧紧的零部件中存在的摩擦系数的分 散值、不同精度的拧紧方法及仪表误差，导致安 装预紧力产生程度不同的数值分散。 因此，应提高螺栓连接的等级，采用拧紧系 数A表示。计算中使用的系数A同时确定应使用的拧 紧等级。 28 2.2 第2部分关键项点说明 在技术文件（图样）中进行记录 按照风险等级H时拧紧等级A进行拧紧，拧紧时控 制屈服点： 使用控制屈服点方法拧紧Q/CSR 52.2-A；风险 等级H； 对螺纹及螺栓头支承进行了润滑； 分界面保持清洁，并且无油脂。 29 2.2 第2部分关键项点说明 图样中的示例： 记录示例 30 2.3 第3部分内容简介 n 本部分规定了电气应用螺栓连接以及选择紧固元 件、形状参数、配置及确定尺寸和连接要求等。 n 本部分适用于具有下列力学性能连接件的螺栓连 接： o GB/T 3098.1、GB /T 3098.3及DIN EN 20898-2规定的钢材； o GB /T 3098.6、GB /T 3098.15、GB /T 3098.16规定的不锈钢； o DIN EN 28839规定的有色金属。 31 2.3 第3部分内容简介 n 电气螺栓连接应列入Q/CSR 52.1第3、4章规定 的拧紧工况1或2及风险等级H或M。 o 风险等级H（高） 布置在持续导电的、没有电气保护的线路中的螺栓 连接； 布置在保护接地系统中，在封闭的电气工作室、仪 表箱/集中安装箱之外的螺栓连接； 在保护接地系统之中，在封闭的电气工作室、仪表 箱/集中安装箱之内并且使电工仪表接地、与没有电气保护 的线路相连的螺栓连接。 o 风险等级M（中） 在其余全部电气线路中的螺栓连接 32 2.3 第3部分内容简介 n 配置 按照Q/CSR 52.1规定的风险等级，配置时应满足下 表规定的最低要求： 风险等级 H（高） M（中） 安全理念 防止故障的冗余装置 或安装时防止短路 电气保护的电路 螺栓连接的证明 不需要，按表2和表3配置 计算的文件 不需要 在技术文件中记 录 风险等级及安装拧紧扭矩 33 2.3 第3部分内容简介 n 安装扭矩 o电气螺栓连接的安装扭矩按照表3选择，也可 与需连接装置的制造厂说明的内容相对照。需使 用的安装工具，见Q/CSR 52.2中7.2.4规定的拧 紧等级B。 o如果由于减少螺栓型号及种类的原因或因同 时在机械制造中应用，而使用了较高强度的螺栓 ，应注意，在此种场合时不允许超过表3规定的 安装扭矩。 34 2.3 第3部分关键项点说明 o风险等级及拧紧工况 电气螺栓连接应列入Q/CSR 52.1第3 章及第 4 章规定的拧紧工况1 或2 及风险等级H（高）或 M（中）。 可以不进行关于电气螺栓连接的计算，根据 表2或表3确定它们的尺寸。 需要在技术文件中记录：风险等级和安装紧固扭 矩。 35 2.3 第3部分关键项点说明 o安装扭矩 电气螺栓连接的安装扭矩按照表3选择，也可 与需连接装置的制造厂说明的内容相对照。关于 需使用的安装工具，见Q/CSR 52.2中7.2.4规定 的拧紧等级B。 如果由于减少螺栓型号及种类的原因或因同 时在机械制造中应用，而使用了较高强度的螺栓 ，例如性能等级8.8，应注意，在此种场合时不允 许超过表3规定的安装扭矩。 36 2.4 第4部分内容简介 n 本部分规定了螺栓连接的防松脱措施及使用厌氧 的液态胶粘剂加固的要求等。 n 术语解释 n蠕变：由于表面压力太大，经过一段时间超 过被拧紧零部件材料的屈服极限。 n压陷：在接合面中，螺纹中及螺栓头下面的 表面贴合时表面粗糙度的塑性整平。 n松动扭矩：在有负载的装配件中减少或消除 轴向负载所需要的起始扭矩。 n拧松扭矩：在螺栓连接第一次相对移动后， 在规定的螺母旋转角时测得的扭矩。 37 2.4 第4部分内容简介 n 防松防脱措施 38 2.4 第4部分内容简介 n 防松防脱措施 o降低表面压力：加大支承面； o补偿变形量：使用弹性连接件、减少分界面 数量 o使用厌氧胶粘剂：粘结（液态胶粘剂或微囊 胶粘剂）； o可靠的连接：提高初始压力（预紧力）、限 制横向滑动（使用铰制螺栓或销）； o提高自锁能力：在螺栓或螺母的螺纹中使用 相应的锁紧元件。 39 2.4 第4部分内容简介 n 使用厌氧液态胶粘剂 o使用温度范围：-40100 o负荷等级：三个代号L、M和H o粘度范围：三个代号1、2和3 o标记 液态胶粘剂，负荷等级H，粘度范围的 代号为3，其名称为： 胶粘剂 Q/CSR 52-FK - H 3 粘度代号 负荷等级代号 厌氧液态胶粘剂 40 2.4 第4部分内容简介 商用产品实例 41 2.4 第4部分关键项点说明 o机械制造中使用的螺栓连接 结构设计应能保证维持所施加的预紧力。一般在预 紧力高的螺栓连接上，分界面数少，并且LK/d5，就 能保证足够牢固，不用采取其它措施。如果这不能 做到，并且需要考虑动态横向载荷时，应增加安全 措施。 o电气应用的螺栓连接 结构应能保持最低接触压力。为了保证最低接触压 力及防松，始终应同时紧固： 在旋入式连接时，至少一个加固元件； 在贯穿式连接时两侧至少各一个加固元件 。 42 2.5 第5部分内容简介 n 本部分规定了螺栓连接的防腐蚀保护的技术要求 ，并对各种材料配对时涂镀过的材料和未涂镀过 的材料的状况做出了规定。 n 防腐蚀保护措施 o 不涂镀（已发蓝处理和已涂油脂），然后油 漆； o 根据GB/T 5267.1的规定电镀锌和电镀镍； o 机械镀锌； o 根据GB/T 5267.2的规定进行非电解锌粉覆 盖； o 不锈钢参见GB/T 3098.6和GB/T 3098.15。 43 2.5 第5部分内容简介 n 接触腐蚀 当不同电位的金属或金属涂层相互接触和存在导电 的湿气层（电解质）时，接触对象中的非贵重一方 就会进入溶液，也就是说，它受到了腐蚀。此时接 触对象中的贵重一方为阴极，非贵重一方为阳极。 一般情况下，接触对象之间的电位差越大以及它们 之间导电的湿气层导电能力越强，这种腐蚀就越强 烈。 44 2.5 第5部分关键项点说明 o接触零件的表面状况对接触腐蚀的强度和腐蚀过 程（随时间变化而变化）的影响颇大。大部分小 型连接件应尽量使用贵重材料制造或者涂镀上一 层贵重涂层。 o如果不是出于功能上的原因而必须有一个导电的 连接（例如接地）时，接触对象的其中一个可以 设置上一绝缘层，以达到抑制电流的目的。例如 ，该绝缘层可以是油漆层或塑料层。 45 2.6 第6部分内容简介 n 本部分规定了螺栓连接的连接尺寸、边缘间距和 接触面等技术要求。本部分中规定的螺栓连接件 参照的主要是DIN 25200。 n 连接尺寸 o表1规定了小径尺寸、最小旋进深度和螺纹尾扣 尺寸要求。 o表2规定了钢丝螺套及相应螺纹尾部尺寸要求。 o表3表6规定了贯通孔及沉孔尺寸要求。 n 边缘间距、形位公差和表面粗糙度 表7推荐了最小边缘间距、形位公差和表面粗糙度要求。 46 2.6 第6部分关键项点说明 o为了保证螺纹有足够的连接尺寸，该部分对最小 旋进深度、最小螺纹尾扣、沉孔等提出了一定的 要求。 例：牵引座与车体的安装 螺栓拧入车体牵引座长度 为65，大于Q/CSR52.6标 准表1中的最小要求49.7。 47 2.7 第7部分内容简介 n 本部分规定了机车车辆用螺栓连接的安装要求、 质量保证和试验方法、安装人员的资格及培训等 要求。 n 螺栓连接的安装 o在机械制造应用领域，安装后螺栓连接的高 效能取决于达到的预紧力Fv ，应使用Q/CSR 52.2表3中螺栓连接拧紧等级A和B的拧紧方法； o对于电气应用，安装后螺栓连接的高效能取 决于接触压力，应使用Q/CSR 52.2表3中螺栓连 接拧紧等级B的拧紧方法。 48 2.7 第7部分内容简介 n 相应风险等级所对应的最低要求 o风险等级H（高）的螺栓连接 安装时达到的检验值的值应记录到检验记录中 去； 尺寸大于M8的螺栓连接应使用一支记号笔以 对比色在螺母和螺栓头上以及被紧固件上做上标记。 o风险等级M（中）的螺栓连接 生产过程中不强制要求记录下来并形成文件。 o风险等级L（低）的螺栓连接 对安装过程和生产过程中的记录文件没有特别要求。 49 2.7 第7部分内容简介 n 安装结果的检验 o测量松动扭矩； o在达到所做标记时测量扭矩； o测量长度变化（例如超声波）； o使用电阻应变计测量膨胀伸长量。 n 安装人员的资格及培训 为了确保安装人员能充分了解拧紧过程以及对拧紧 过程产生影响的各种参数，应定期对安装人员进行 培训。 50 2.7 第7部分关键项点说明 o在机械制造应用领域，安装后螺栓连接的高效能 取决于达到的预紧力Fv；在电气应用领域，安装 后螺栓连接的高效能取决于接触压力。如果螺栓 连接不按规定安装，计算方法和生产数据及要求 不起任何作用。 o在风险等级H（高）和风险等级M（中）时应使 用最大可能的精度达到预紧力。因此应使用 Q/CSR 52.2表3中螺栓连接拧紧等级A或B的拧 紧方法。不允许使用冲击式螺钉机。 51 2.7 第7部分关键项点说明 o重复使用 如果是风险等级H（高）和风险等级M（中） 中的连接件，则只允许在确保能恢复螺栓连接的 初始状态的时候重复使用。它们的螺纹中应没有 裂纹和损伤。 使用控制旋转角的拧紧方法安装的螺栓不允 许重复使用。 o安装标记 尺寸大于M8的螺栓连接应使用记号笔以对比色在螺 母和螺栓头上（旋入式螺栓连接应在螺栓头上面） 以及被紧固的部件（有时在附加物上）上做上标记 。如果重新进行螺栓连接，应重新做上述标记。 52 2.7 第7部分关键项点说明 例1：某机务段现场拍摄的DJ1转向架某处螺栓 安装图： 53 2.7 第7部分关键项点说明 例2：株机公司规定大于M8的螺栓紧固后必须作防 松标记（一般用红色或黄色记号笔），具体要求如 下： 54 2.7 第7部分关键项点说明 55 2.7 第7部分关键项点说明 o安装指示 润滑； n机械制造应用时，为了达到Q/CSR 52.2中 7.2.3 规定的摩擦系数范围，螺纹和支承面应使用 合适的润滑剂进行处理或者使用表面已经预先处理 好的螺栓和螺母。 n电气应用时只能润滑螺纹。 例：为了减小螺纹的摩擦力，使螺纹拧紧时达到 规定的预 紧力，株机公司对地铁上的紧固件螺纹处 涂NBU30PTM 润滑脂。 56 2.7 第7部分关键项点说明 法兰连接应对角拧紧，确保密封均匀、位移得 当； 安装过程中原则上不允许有扭应力传导到部件 上； 使用胶粘剂防松时，螺纹孔和螺栓应保证没有 油脂； 如果是工作电流和故障电流通过的螺栓连接， 则禁止使用胶粘剂； 安装时分界面应没有油脂 （电气应用时接触 面应使用接线柱润滑脂进行处理）； 旋紧之前未涂油漆的表面在旋紧之后应采取合 适的防腐蚀保护措施。 57 3. 贯标建议措施 n 标准中规定了螺栓连接的风险等级分级，因此需 要各单位按照此标准的规定要求各项目编制出适 合实际情况的紧固件分级清单； n 标准中对紧固件的设计主要依据的是VDI 2230 标准，设计人员应积极学习该计算方法并逐渐运 用。在标准贯彻初期，设计需要提交的文件资料 中对紧固件的设计可采用任意公认的技术原则、 方法或进行试验； 58 3. 贯标建议措施 n 标准第7部分中规定了紧固件安装所采取的系列 方法，并且明确指出风险等级H（高）和风险等 级L（低）的螺栓连接不允许使用冲击式螺钉机 ； n 标准第7部分中附录A列举了检验记录示例，提供 了参考用的螺栓连接的检验记录表格。各实施单 位应根据各自的实际情况制订适合自己使用的检 验记录表； 59 3. 贯标建议措施 n 标准第7部分中第6章规定了安装人员的资格及培 训要求，因此需定期对安装人员进行培训并认定 其资格，并制订规章制度禁止无资格证明的人员 进行风险等级高的螺栓连接的安装。 60 4. 补充部分 4.1 拧紧力矩的计算 4.2 螺栓连接防松方法 4.3 高强度螺栓连接的系统计算 61 4.1 拧紧力矩的计算 o螺栓和螺母组成的螺纹副在紧固时，紧固力是通 过旋转螺母或螺栓（通常是螺母）而获得的，紧 固力与旋转螺母所用的扭矩（拧紧扭矩）成正比 ，为了保证达到设计所需的紧固力，就要在工艺 文件中规定拧紧扭矩，并在实际施工中贯彻实施 。 o机械设计中拧紧扭矩计算方法 M = KPD 62 4.1 拧紧力矩的计算 M = KPD 式中： M 拧紧扭矩，Nm K 扭矩系数 P 设计期望达到的紧固力，KN D 螺栓公称 螺纹直 径，mm ：螺纹部分危险剖面的计算直径 H：螺纹牙的的公称工作高度 ：螺栓材料的屈服极限 ：也可由下表查出 63 4.1 拧紧力矩的计算 K值表（参考） 摩擦表面状况K值 有润滑无润滑 精加工表面0.100.12 一般加工表面0.130.150.180.21 表面氧化0.200.24 镀 锌0.180.22 干燥的粗加工表面0.260.3 表（参考） d/mm8101214161820222427303336 /mm236.65884.3115157193245303353459561694817 64 4.1 拧紧力矩的计算 紧固力P一般在设计上选取螺栓屈服强度s 的6080，安全系数约为1.2以上。 扭矩系数K是由内外螺纹之间的摩擦系数和 螺栓或螺母支撑面与被紧固零件与紧固件接触的 承压面的摩擦系数综合而成。它与紧固件的表面 处理、强度、形位公差、螺纹精度、被紧固零件 承压面粗糙度、刚度的许多因素有关，其中表面 处理是一个关键的因素。不同的表面处理，其扭 矩系数相差很大，有时相差近一倍。例如：同螺 纹规格，同强度的螺纹副，表面处理为磷化时， 扭矩系数约为0.130.18，而表面处理为发黑时 ，扭矩系数可达0.260.3。 65 4.1 拧紧力矩的计算 对于M10M68的粗牙钢螺栓，当螺纹无润滑 时，拧紧力矩粗略计算公式： M=0.2PD n VDI 2230中的拧紧力矩计算方法 式中： ：装配预紧力 P：螺距 ：外螺纹基本中径 ：螺栓螺纹摩擦系数 ：螺栓头部下面的摩擦直径 ：螺栓头支承面摩擦系数 66 4.1 拧紧力矩的计算 计算公式为： 式中： ：拧紧过程中屈服点应力的利用因数，一般=0.9 Rp0.2：屈服强度 A0：螺栓最小横截面积 FM和MA可从第2部分附录C中查得，并应根据现有条 件使用螺纹摩擦系数 的最小值。 使用表A1A4时，如果紧固技术/紧固工具中有较大 的波动，可以适当减少所要求的紧固力矩（计算值 5%），以避免应力过大。 67 4.2 螺栓连接防松方法 o常用的防松方法 破坏螺纹运动副关系的防松 螺栓头和螺母端面冲点铆接 粘结剂的粘结：在螺纹表面涂环氧树脂或 厌氧胶等粘结剂 主要是增大松动扭矩（松动 扭矩，参见Q/CSR 52.4部分）。 用机械固定件锁紧的防松 六角开槽螺母配开口销 止动垫圈 串连钢丝 68 4.2 螺栓连接防松方法 增大摩擦力的防松 双螺母 自由旋转型的齿形端面锁紧螺母和锁 紧螺钉 有效力矩型的全金属锁紧螺母 有效力矩型的非金属嵌件锁紧螺母 弹性垫圈和齿形锁紧垫圈 螺纹粘接剂（密封胶）选择原则 螺纹尺寸 金属材料 69 4.2 螺栓连接防松方法 工作环境（温度、介质） 密封压力 工艺 螺纹粘接剂（密封胶）使用方法 70 4.2 螺栓连接防松方法 螺纹粘接剂（密封胶）拆卸方法 一般情况下，用普通方法（如扳手、螺丝刀 ）即可拆开。 当选用胶的强度过高时，用普通方法不能拆 时，可采用局部加热法，将螺纹捏合处局部加热 ，即局部加热螺母或螺钉至232（参考）5分钟 ，趁热拆卸。 71 4.2 螺栓连接防松方法 螺纹粘接剂使用实例 按照Q/CSR52.4标准使用胶粘剂的要求，保持预紧 力、防止振动、防腐、防止意外扭转，株洲电力机 车公司目前主要使用乐泰胶（如242、243、262等 ）螺纹锁固剂，同时对涂胶工艺作了专门的规定。 n 防松性能试验结果对比 对于如何评定紧固件的防松性能，目前国内外普遍 采用两种标准的试验方法。第一种是紧固件加速振 动试验方法（ISO标准或GJB 715.3），第二种是紧 固件横向振动试验方法（GB/T 10431）。第一种方 法目前在国内主要用于航空航天系统，而其他系统 多采用第二种方法。 72 4.2 螺栓连接防松方法 n 防松性能试验结果对比 表示试件未失效 A双螺母 B有预紧力的开槽螺母加开口销 C尼龙圈锁紧螺母 D高锁螺母 E无预紧力的开槽螺母加开口销 F全金属锁紧螺母 G内齿锁紧垫圈 H外齿锁紧垫圈 J轻型弹簧垫圈 K普通螺母 73 4.2 螺栓连接防松方法 n 防松性能试验结果对比 有预紧力的开槽螺母、涂厌氧胶的螺母以及 尼龙圈锁紧螺母的抗振松寿命最长，经受长时间 的激烈冲击、振动后，仍无任何松动的迹象。也 就是说，在各种紧固件的对比试验中，它们的防 松性能最佳。 过去认为，双螺母这种传统的防松方法，其 防松性能不高。试验表明，采取正确的安装方法 ，可使其保持较高的预紧力，其抗振寿命可显著 提高。 74 4.2 螺栓连接防松方法 开槽螺母加开口销的防松方法属于机械固定件的锁紧防松 ，具有很高的防松可靠性。但开槽螺母加开口销的安装方 法对其防松性能有显著的影响。不拧紧（即无预紧力）或 拧紧不足的开槽螺母，在激烈的冲击、振动下，只能在一 定时间内防止螺母从螺栓上脱落。无预紧力的松连接在严 酷的工作环境中会导致紧固件或被连接的其他构件早期疲 劳破坏。无预紧力的开槽螺母，由于开口销在螺母槽内受 到反复冲击和剪切力的作用，在经受4万多次的冲击、振动 以后，开口销断裂，螺母与螺栓分离，连接失效。 因此，对于在长期间内经受激烈冲击、振动的 开槽螺母，在安装时，必须施加合理的预紧力。在螺母 槽与螺栓销孔对中装配时，应从拧紧方向扳拧螺母，使 开口销紧固在螺母槽内，避免开口销在槽内移动，以防 止连接的疲劳失效。 75 4.2 螺栓连接防松方法 涂厌氧胶螺母的防松属于不可拆卸的防松， 其防松性能极佳。经受长时间振动试验无松动迹 象的螺母，厌氧胶对螺纹紧固件的粘合锁紧能力 很高，其抗振寿命很长也就不足为奇了。 尼龙圈锁紧螺母在国内外的实际应用中早已 表明其优良的防松性能。国外有关专家甚至称其 为永不松动的锁紧螺母。这种螺母的防松性能比 其他锁紧螺母高得多。其防松之所以如此可靠是 由于螺母的尼龙圈紧紧箍住螺栓从而形成高弹性 的横向压紧。在使用尼龙圈锁紧螺母时，应考虑 尼龙圈的老化及温度的影响，对有这方面要求的 螺母，应改变尼龙的材料或配方。 76 4.2 螺栓连接防松方法 高锁螺母属于非圆收口的全金属锁紧螺母。试验用的高 锁螺母是铝合金螺母，与其相配的是钢螺栓。较软的铝 合金能更好地吸收外来的冲击、振动能，所以它比钢制 的全金属锁紧螺母的防松性能要好。 齿形锁紧垫圈、弹簧垫圈以及没有锁紧特性的普通螺母 ，它们的抗振松寿命仅为尼龙圈锁紧螺母的1%。相比之 下，它们的防松性能很差，一般只用于不重要的场合。 实例 对于承受冲击载荷较大的螺纹连接，株机公司要 求避免使用普通弹簧垫圈，而采用高压安全垫进行防 松。 77 4.4 高强度螺栓连接的系统计算 o基本介绍 德国工程师协会技术准则VDI 2230高强度螺栓连 接系统计算是根据德国对于螺栓连接的研究有关 成果制定的，目的是向参加实际工作的设计师推荐 一种计算方法，以帮助他们解决准确确定螺栓连接 参数这个通常比较困难的任务。 n 适用范围 （1）钢制螺栓 （2）牙型角60 （3）高强度螺栓，即性能等级8.8到12.9 78 4.4 高强度螺栓连接的系统计算 （4）一般，工作载荷为轴向静载荷，或轴 向动载荷。其所受的力作用线与螺栓轴线平行。 此外，可能还有弯曲力矩。 （5）计算表格中给出的数据M4至M39。本准 则可以用类推的方法用于其他材料制造的螺栓， 强度较低或者强度不符合DIN EN 898-1（即ISO 898-1,GB/T 3098.1等同采用）规定的强度值,对 于尺寸较大的螺栓（如大于M 39的规格），也可 以用同样的处理（计算）方法。 79 4.4 高强度螺栓连接的系统计算 （6）本准则应用于接触面尺寸在限制值以 内（尺寸G，见5.1.2.2节），如果超过了限制值 ，此处的方法不再适用，否则会产生较大的计算 误差。 （7）材料性质见表A1至A4、A7、A11和A12 ，这些数据只用于室温条件下，即对于较高或较 低的温度必须予以修正。特殊的工作条件（例如 有腐蚀）如冲击载荷不能处理。 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