01　螺栓預(yù)緊力（擰緊扭矩）計(jì)算

螺栓是機(jī)械上常用的緊固件之一，而螺栓的預(yù)緊力與使用性能有這密切的關(guān)系，螺栓預(yù)緊力關(guān)系到被連接件的緊密型和可靠性，過大或者過小的預(yù)緊力都會(huì)對連接質(zhì)量產(chǎn)生影響。如螺栓預(yù)緊力過大，會(huì)出現(xiàn)超擰現(xiàn)象；螺栓預(yù)緊力過小，則保證不了連接強(qiáng)度與質(zhì)量。

不過，螺栓預(yù)緊力本著物盡其用的原則進(jìn)行計(jì)算，在材料性能允許范圍呢，擰的越緊越不容易松動(dòng)。

螺栓預(yù)緊力的計(jì)算主要考慮螺栓材料的屈服強(qiáng)度、被緊固件的螺紋牙型的強(qiáng)度（剪應(yīng)力、彎應(yīng)力）。

首先按照螺栓應(yīng)力（屈服強(qiáng)度）來計(jì)算預(yù)緊力及扭矩，同時(shí)考慮到材料的許用應(yīng)力要求，一般規(guī)定擰緊后螺紋連接件的預(yù)緊力不得大于其材料屈服強(qiáng)度的80%，對于一般連接用的鋼制螺栓，推薦的預(yù)緊力如下：

碳素鋼螺釘預(yù)緊力 Fo=(0.6~0.7)×σ×As

合金鋼螺釘預(yù)緊力 Fo=(0.5~0.6)×σ×As

式中σ是指螺釘材料的屈服強(qiáng)度，As是指螺釘應(yīng)力截面積。

螺栓擰緊時(shí)，力矩T用于克服螺紋副的螺紋阻力矩T1及螺母與被聯(lián)接件（或墊圈）支承面間的端面摩擦力矩T2，即T=T1+T2，根據(jù)摩擦力計(jì)算公式f=μN(yùn)，并簡化模型計(jì)算，可采用右側(cè)經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算扭矩，即T=K×Fo×d，其中K是擰緊力系數(shù)、d是螺紋公稱直徑、Fo是預(yù)緊力。

擰緊力系數(shù)K與螺紋中徑、螺紋升角、螺紋當(dāng)量摩擦系數(shù)、螺母與被聯(lián)接件支承面間的摩擦系數(shù)有關(guān)。而這些參數(shù)的取值都比較復(fù)雜，要準(zhǔn)確地計(jì)算出K值，就要通過針對性的試驗(yàn)，同時(shí)測得預(yù)緊力和緊固扭矩才能間接獲得擰緊力矩系數(shù)K值。一般情況下的K值

預(yù)緊力的大小，除了受限于螺釘材料的強(qiáng)度外，還受限于被聯(lián)接件的材料強(qiáng)度。當(dāng)內(nèi)外螺紋的材料相同時(shí)，只校核外螺紋強(qiáng)度即可。對于旋合長度較短、非標(biāo)準(zhǔn)螺紋零件構(gòu)成的聯(lián)接、內(nèi)外螺紋材料的強(qiáng)度相差較大的受軸向載荷的螺紋聯(lián)接，還應(yīng)校核螺紋牙的強(qiáng)度。如某型產(chǎn)品彈性元件的固定，因螺釘連接的基材是鋁合金，其強(qiáng)度遠(yuǎn)低于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度，就應(yīng)校核鋁合金上螺紋牙型的強(qiáng)度，主要是螺紋材料的剪應(yīng)力及彎應(yīng)力。

下面以12.9級M10的內(nèi)六角圓柱頭螺釘為例，分布計(jì)算，看看此螺釘?shù)臄Q緊扭矩是多少。

12.9級M10的內(nèi)六角圓柱頭螺釘，屈服強(qiáng)度σ為1080MPa，螺釘應(yīng)力截面積As為58mm2，帶入下式：

12.9級M10的內(nèi)六角圓柱頭螺釘預(yù)緊力 Fo=(0.5~0.6)×σ×As=(0.5~0.6)×1080×58=31320N（取小值0.5）

12.9級M10的內(nèi)六角圓柱頭螺釘擰緊力矩 T=K×Fo×d=0.22×31320×10/1000=69Nm