螺栓扭矩计算

２０１２年第１期　广Ⅵ　东化工　ｌ８３　第３９卷总第２２５期　．ｇｄｃｈｅｍ．ｔｏｍ　螺栓扭矩计算　朱广前　（江苏中圣高科技产业有限公司设备设计室，江苏南京２１１１１２）　［摘要】遁过举　介缓　一种法　连接用螺梭扭矩　算　法ｔ　赛鼯使用效果嶷胬，　鬃有缀　脖借鉴意义≯　［关键词】螺检载荷计算；扭矩；ｌ４个富余量一　＿　。曩≯■　０＿一　曩一　一一　∥　［中圈分类鬯】譬骶　【文献标｛卿　】　一　一一。曩　［文章编号　ｌ　◇霸ｌ８；６ｓ（２　ｌ２）ｏｌ国ｌ８３￣ｏｉ　Ｂｏｌｔ　Ｌｏａｄ　Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　Ｚｈｕ　Ｇｕａｎｇｑｉａｎ　（Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｓｕｎｐｏｗｅｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｎａｎｊｉｎｇ　２　１　１　１　１　２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｂｏｌｔ　ｔｏｒｑｕｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｂｏｌｔ－ｆａｓｔｅｎｉｎｇ　ｌｆａｎｇｅ　ｂｙ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｗｈｉｃｈ　ｈａｓ　ａ　ｂｅｔｔｅｒ　ｕｓｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔ　ａｎｄ　ａ　ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｔ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｏｌｔ　ｌｏａｄ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ：ｔｏｒｑｕｅ：４　ｍａｒｇｉｎｓ　以前法兰连接处螺栓紧固是靠人力来完成的，一到设备水压　试验的时候，常常会用一个钢管套在自制的扳手上，然后好几个　人一起用力把螺栓（有时还锤击），直到把不动为止。如今科技进　步了，出现了力矩扳手之类的把螺栓工具。采用扭矩扳手的方法，　节省了人力，而且与以前传统的方法相比，每个螺栓上受的力是　均匀的，唯一不足的地方就是对力矩扳手施加多大的螺栓载荷，　使用者还是不清楚：（１　操作者往往还是凭经验、凭供应商推荐的　拧紧力矩参考表去紧螺栓，往往只考虑了螺栓强度等级，而没有　考虑被螺栓压紧的法兰材料和所采用的垫片，而这种情况对于非　铁基材料来说是不能忽略的；（２）设计者因没有计算方法可寻，出　于安全考虑，提供的载荷值偏小，达不到紧固的目的。　ＡＳＭＥ第八卷第一分册附录ｓ说明了：在任何情况下，在拧　紧螺栓状态时所产生的初始螺栓应力可以、且在某些情况下必须　大于设计值，才能达到实现密封的目的。它认为只要有必要的适　当的规定，以防止法兰过度扭曲和压碎垫片，采用初始螺栓载荷　大于设计值的方法是允许的。然而标准并没有对如何得到这个预　紧力的大小给予说明。而文章就是提供了一种具体的螺栓载荷计　算方法。下面通过举例来说明如何得到这个合理的螺栓力。　油脂润滑　螺纹摩擦系数：ｆ、０．１６　螺母与法兰面的摩擦系数：ｆｓ、０．１６　法兰连接使用的最常见的垫片其最小和最大应力是关于温度　的方程。这个数值是从参考目录２和３得到的，参考目录２和３　中没有的可以让垫片供应商提供。需要注意的是：ＡＳＭＥ垫片系　数ｍ和Ｙ不能直接地和本文中使用的ｃｇ和ｓｇ相比较。在ＡＳＭＥ　中Ｙ是常数，这个值是不依赖于操作温度的垫片需要的最小密封　比压力。而本文ｓｇ覆盖了垫片所有温度范围。　１．２由于压力需要的最小螺栓载荷　Ｆｔ：１．１　｛÷　Ｄｇ　２　Ｐｔ＋丌　Ｄｇ　ｂｇ　ｃｇ　Ｐｔ　ｃｇ　Ａｒ　Ｐｔ　Ｆｔ＝１．１＂　＝＊１１１２．５＾２＂５＋ｒｔ＊１１１２．５＂１２．５＂１．１＂５｝　ｓ　１　　Ｉ５６ｌ０６０２　Ｎ　Ｆｄ：１．２　｛÷　Ｄｇ２　Ｐｄ＋１Ｌ斗　．２　Ｄｇ　ｂｇ　ｃｇ　Ｐｄ｝Ｊ　＋ｃｇ　Ａｒ　Ｐｄ　Ｆｄ＝１－２　｛一　ｌｌ　１　１２５＾２＂２．７＋１－２　ｎ　１　１　１２５　１２５　１．１　２．７｝＋１．１　０＊２．７　４　＝ｒ竹　］　１螺栓载荷计算　１．１设计条件　设计温度：Ｔ、℃、４００　设计压力：．Ｐｄ、ｂａｒ、２７　试验压力：Ｐｔ、ｂａｒ、５０　实际垫片内径：ｍｍ、１１００　ｆ　３３３６２９５　Ｎ　有效垫片内径：Ｄｇｉ、ｍｍ、１１００　实际垫片外径：ｍｍ、１　１２６　有效垫片外径；Ｄｇｏ、ｍｍ、１　１２５　垫片筋板处面积：Ａｒ、ｍｍ２、０　垫片形式：ＣＡＭＰＲＯＦＩＬＥ　垫片材料：Ｓ．Ｓ＋ＧＲＡＰＨＩＴＥ　垫片系数：ｃ　１．１　常温下垫片的最小密封压力：Ｓｇ；ｍｉｎ、ＭＰａ、１５　常温下垫片的最大密封压力：Ｓｇ；ｍａｘ、ＭＰａ、５０１）　设计温度下垫片的最大密封压：Ｓｇ；ｍａｘ＠ＴＭＰａ、３５０　垫片密封直径：Ｄｇ（＝（Ｄｇｉ＋Ｄｇｏ）／２）ｍｍ、１１　１２．５　垫片实际接触宽度：ｂｇ（＝（Ｄｇｏ—Ｄｇｉ）／２、ｍｍ、１２．５　法兰上总的螺栓力：Ｆｚ、Ｎ、１３４９４０００　螺栓数量：ｎ、３６　螺栓大小：８ＵＮ＝２”　螺纹中径：ｄ２、ｍｍ、４８．７４、　Ｆ卜压力试验时需要的载荷；Ｆｄ一设计压力时需要的载荷公　式括号外面的数值１．１和１．２是对试验和运行条件下给出的余量　值，在法兰连接整个使用过程中如果相对于给定的螺栓载荷值没　有重大损失时，系数１．１和１．２是足够的。对于运行状态下，括号　内的系数１．２仅是一个未知的数值，以补偿垫片未知行为或变化，　例如松懈等。在试验条件下这个值（１．２）被省略，因为在试验时载　荷的作用时间很短，而在运行状态下载荷的作用时间很长。　由上面的计算得知：需要的最小螺栓载荷应是上面两者之中　的较大值，另外螺栓载荷由水压试验条件控制。为了补偿一些不　确定因数，最少要采用１－３的系数。（１．３为经验系数）　Ｆｚ＝１．３×ｍａｘ．（Ｆｄ，Ｆｔ）＝１．３×５６１０６０２＝７２９３７８２．６Ｎ　１－３螺栓载荷优化　表１载荷优化　Ｔａｂ．１　Ｏｐｔｉｍｉｚｅ　ｏｆ　ｌｏａｄ　螺纹牙距：Ｐ、ｍｍ、３．１８螺纹半顶角ｃ【、。、３０　螺母相对应两平面之间的宽度：ｄｏ、ｍｍ、７９．３８、　螺栓孔径：Ｄｈ、ｍｍ、５４　螺栓材料：Ａ１９３　Ｇｒ．Ｂ７　螺栓常温下的屈服极限：ＳｙＭｐａ、７２４　螺栓设计温度下的屈服极限：ｓｙ＠Ｔ、ＭＰａ、５３４　螺栓常温下的弹性模量：Ｅ、ＭＰａ、２０４７７５　螺栓设计温度下的弹性模量Ｅ＠Ｔ、Ｍｐａ、１７８４６５　［收稿日期］２０１１－１０—２６　【作者简介］朱广前（１９６９－），男，江苏南京人，工程师，主任，主要从事压力容器的设计工作。　（下转第１９０页）　广１９０　东化工　２０１２年第１期　ｗｗｗ．ｇｄｃｈｅｍ．ｃｏｍ　第３９卷总第２２５期　求及时完成毕、　设计，从而难以保证毕业设计的预期质量。　３＿２　业设计论文质量町能不高　部分企业不能给学乍提供良好的毕业设计环境，把学生当成　个廉价劳动力，要求学生每天都上班，周末不休息，有的甚至　每人１：作１２　ｈ，学生的空闲时问不多，不可能集中精力完成毕业　设计。　外企业ｔ｝・负责指导学生　Ｉ　设计工作的人员往往是丁程　技术人员，他们主要是从事工程项目的开发，很少去研究论文撰　规范，从而无法把握论文撰写要求，往往导致毕业生撰写的论　文内窬　够卡富、格式比较混乱，完成的论文质量不高。　３－３符理措施落实可能不到位　学乍不是企业的正式员工，企业村其管束力有限，而学校又　因为学乍身存企业，考勤及联系都不方便，管理也困难，学校难　以掌控　Ｉ　发计的进度状况和完成情况，可能导致毕业设计质量　一较差。　计过程只是简单地走走过场，这又违背ｒ将学生放剑企业进仃毕　业设计的初衷。针对以上两种情况，我们在毕、Ｉｋ设计丌始前个　月，组织校内外专家联合审查校外毕业设计题目，对于小切实际　的毕业设计课题要责成修改，小合格的题目要反复修改，从『　在　源头上把好质量关。　４－３明确毕业设计指导老师责仟，实现真实的“双帅制”　校外毕业设计实行校企“双师制”，学生剑企业进仃　业设　计之前，两位指导老师应就　业设计的题目、内容、进程、　法　等问题进行协商，明确毕业设计应完成的具体任务和双方责仃。　校外指导老师（企业技术人员）责任点侧重于设计内容的技术性，　校内教师责任点侧熏于校企间协调与学生管理工作｝：和埘论文的　规范及学科性上，同时负责定期与企业导师和学生联系，了解学　生毕业设计的进展情况，确保进度与校内毕、世设计保持‘致。　４－４采取切实可行的措施，规范管理毕业设计过程，保证毕、　设　计的质量　对于能够提供相关条件，让学生进行毕业设计的企业，学校　４实践过程中寻找对策　徐州Ｔ业职业技术学院通过近两年的实践，将近５０％的毕业　设计内容放置在　、Ｉ　完成，取得了比较满意的教学效果。在操作　过　Ｉ｛　我们针埘校外毕业设计环节中存在的问题，采取了以下管　理措施：　４．１　格要求校外毕业设计场所的硬件条件必须满足毕业设计　学校对企业提供学牛完成毕业设计的硬件设施进行审查，　能将学　随意放到不能提供良好　Ｉ　设计条件的企业做毕业设　计。我们将　业设计课题设置在一些行业中技术领先的大、中犁　企、　为大、『１Ｊ型企业不仅技术力量雄厚、设备精良、资料齐　全，而日　０度健全、管理规范，能够保证毕业设计的顺利进行和　质量水平。此外，巾于这些企业在行业内具有…定的影响力，在　该企业完成毕业设计的“工作经Ｊ力”能够得到同行的认可，有利　于学生就业。存聘请Ｔ程技术人员担任兼职指导教师时要严格掌　握标准，注重实际水　ｒ，尽量选择曾经设计过某　’大、中型工程　项目的技术人员但任指导教师，这样可以保证毕业设计教学环节　的质星。　４－２　点审查毕业设计的选题确保其可操作性　与其签订毕业设计质量保证管理协议，明确双方的职责，同时存　行政与资金上予以保证。在论文质量上建立交叉评阅和公开答辩　制度，严格遵循学院毕业设计管理规范中的要求及格式，并存箐　辩前由校内指导教师根据规范要求进行审查，答辩时成ＩＬ巾校企　双方共同组成的答辩小组，严把质量关，促进该项Ｔ作按照计划　完成工作目标。　经过两年的实践与创新，利用校企的紧密型的合作，　、【　设置毕业设计教学环节是可行的，并且达到了“学乍满意、介、Ｉ　满意、学校满意、社会满意”的效果，值得推广。　参考文献　ｆ１］徐荣丽．浅议高职院校工科专业毕业设计的监控与管理『Ｊ］．装备制造技　术，２０１ｏｏ２、：１７３－１７５．　［２］王功．浅谈高职毕业设计模式的改革　ｊ创新［Ｊ］．职业时空，２０１０（１２）：　４８．４９．　校外毕　设计的题目的设置是由校企双方工程技术人员结合　企业生产、科研、管理上的实际问题进行拟定的，大多能与企业　的生产、科研和管理等实际工程项目相结合，具有前沿性、实用　性，也能够符合相关专业的人才培养目标及教学基本要求。但由　于企、ｆ　程技术人员缺乏教学经验，对毕业设计这一教学环节的　相关要求理解　够充分，故容易出现校外个别企业指导教师对选　题难易程度及工作量大小掌握小妤的情况。题目太大，偏离其学　习内容太远，学生无法在规定时间内完成，毕业设计质量也难以　保证；题目太小，内容较空，没有实质性的设计内容，其毕业设　［３］宋正江，秦虹，沈伟明，等．高职院校学生毕业设计创新Ｌｊ实践ｌ　Ｊ１．职　业技术教育，２０１０（２）：７８．８０．　［４］苏秋芳．高职院校毕业设计教学环节的作用及实施［Ｊ］．职业教育研究，　２０１Ｏｆ４１：２５－２７．　『５］李占忠．高职高专院校毕业论文（没计）的现状分析与对策调适【Ｊ１．ｆ｛家　庄联合技术职业学院学术研究，２００７（３）：２１．２３．　（本文文献格式：季剑波，李素婷，安莹．高职院校在企业开展毕　业设计教学环节的实践与思考［Ｊ］．广东化工，２０１２，３９（１）：　１８９—１９０）　卜接第１８３贝１　由于１．２７＜１．３不满足ＦＹ２＞１＿３，所以Ｆｚ＝１３４９４０００　Ｎ。由垫　”的最人承受能力而。　ｌ－４扭矩　７＇：丝　ｊ　＋ｒ　１０００　ｌ２　２　ＣＯＳＱ　＋　—ｄｏ＋—Ｄｈ｝　４　４　Ｓｂ＝Ｆｚ／（ｎ　Ａ）＝１　３４９４０００／（３６　１　７８７．０９）　２０９．７４［ＭＰａ］　在设计温度下这个螺栓载荷由于弹性模量降低而减小　螺栓设计温度下的ｓｙ＠Ｔ＝５３４［ＭＰａ］　ＦＹ４＝ｓｙ＠Ｔ／［Ｓｂ　（Ｅ＠Ｔ／Ｅ）】　＝５３４／［２０９．７４　（１７８４６５／２０４７７５）１：２．９　Ｔ：—１３４９４０００｝Ｊ　＋（）．１６　：！兰＋０．１６　—７９．３８—＋５４｝　２　ＣＯＳ３０　２结论　在执行上面的方法时，需要特别要注意的是：ｍ　ｒ施加ｒ‘　个史大的螺栓载荷，法兰的各项应力指标要经校核合格；如果法　兰应力经校核小合格，螺栓的载荷应该调整，但是　能低于推荐　余量的范围。否则重新设计来满足这些要求是有必要的。由十需　要反复的计算，为了方便使用宜编制一个ＥＸＣＥＬ程序。我公司　根据这个计算方法得到的螺栓扭矩值，实际使用效果很好。　１０００　３６　ｌ２　Ⅱ　Ｔ＝３８７７ｌＮＭ］　１．５旧个富余量的计算　１．５．１为＿ｒ达到密封，必须在垫片上施加一定的力　Ｓｇ　Ｆｚ／（ｒｔ　Ｄｇ　ｂｇ＋Ａｒ、　Ｓｇ：１３４９４０００／０ｔ　１　１　１２．５　１２．５＋０）　３０８．８７［ＭＰａ］　Ｓｇ；ｍｉｎ＝１５［ＭＰａ】　ＦＹ１＝Ｓｇ／Ｓｇ；ｍｉｎ＝３０８．８７／１５＝２０．６　１．５．２为了防止垫片被　碎，施加在　片上的力　得超过一定的值　ＦＹ２＝Ｓｇ；ｍａｘ＠Ｔ／［Ｓｇ　（Ｅ＠Ｔ／Ｅ）］　３５０／［３０８．８７　（１７８４６５／２０４７７５）］＝１－３　１．５．３法　要达到密封必须满足‘个最小的螺栓载荷，文中要求满　＝参考文献　［１］ＡＳＭＥ第八卷第一分册［Ｓ］．　［２］荷兰标准“压力容器规则”，设计部分Ｄ０７０１［Ｓ］．　［３］Ｄ１Ｎ２５０５第二部分“法兰接头的计算”［ｓ］．　［４］Ｒ．ＭＯＳＳ．ＰＲＥＳＳＵＲＥＶＥＳＳＥＬＤＥＳＩＧＮＭＡＮＵＡＬ　ＴＨＩＲＤＥＤＩＴｌＯＮ—ＤＥＮ　ＮＩＳ（第三版）［Ｍ］．压力容器设计手册．　足富余量ＦＹ３＞１．３　发计条件卜需要的力Ｆｄ＝３３３６２９５　Ｎ　试验条件　需婴的力Ｆｔ＝５６１０６０２　Ｎ　ＦＹ３＝Ｆｚ／ｍａｘ．（Ｆｄ，Ｆｔ１＝ｌ３４９４Ｏ００／５６ｌ０６Ｏ２＝２．４　１．５．４为　防ＩＩ：螺栓设计温度下属服，要求ＦＹ４＞Ｉ．３　螺栓常温下在承受载荷Ｆｚ＝１３４９４０００　Ｎ时的应力　（本文文献格式：朱广前．螺栓扭矩计算［Ｊ］．广东化工，２０１　２　３９（１）：１８３）