螺栓作為螺紋連接用零件，是最常見的機械聯接所使用的標準件，廣泛應用在各種機械總成件中。由螺栓聯接組裝成的總成件，一般情況下都是需要擰緊之後才能發揮作用進行工作。而作為在裝配過程中最重要的螺栓規格及預緊力的選用，我們卻很少進行規範設計。合理的選配，可以最大效果的發揮螺栓在裝配件中的作用，最大程度的延長總成件的使用壽命。無論是作為螺栓，還是需要裝配的子零件，都有一定的屈服極限。在裝配過程中，如果預緊力過大，使零件的變形量超過零件的屈服極限，零件就會損壞。所以裝配件要長時間穩定有效的工作，設計人員必須對螺栓預緊力進行規範設計。
1、螺栓預緊力的選用
螺栓作為重要的聯接件，在總成件安裝時必須擰緊，在聯接承受工作載荷之前，預先受到力的作用，這個預加的力就是預緊力，預緊的目的是為了增強連接的可靠性和緊密性，防止總成安裝件在工作的時候，受到力的作用，各聯接件之間出現縫隙或相對滑移。所以在總成件的設計中，必須對預緊力的大小進行規範設計。
1.1 合理選用預緊力
在專業的螺栓緊固件裝配中，一般都配有標準扳手，不同的直徑規格的螺栓使用不同長度的扳手，扳手長度為螺栓直徑規格的15 倍左右，在這個基礎上使用專業的力學工具可以體現準確的擰緊力矩，達到可量化的預緊力，對於一些關鍵件和重要件尤為重要。一旦使用大規格長扳手擰緊小規格的螺栓，往往會造成過拉緊，破壞零件本身使整個連接結構失效。
在擰緊螺母時，兩個或者多個零件被壓緊，零件自身被壓縮，就像彈簧的壓縮變形一樣，在螺母和螺栓與裝配件之間的接觸表面零件自身會產生很大的力，這個力會使得螺栓發生拉伸變形，經計算該應力是簡單的軸向拉力的1.3 倍，
螺栓產生的拉應力超過材料的強度極限時，螺栓就被拉斷了。僅通過操作者的經驗進行螺栓的緊固，對於批量生產的產品是非常不科學的。對於長扳手擰緊小螺栓時，更應該注意預緊力的大小，避免發生過度預緊的現象。使用標準扳手時，實力大小可參照下表：
1.2 常用規格螺栓的扭矩值
表2 列出了部分常用規格螺栓不同性能等級所對應的緊固扭矩值。[2]
對於設計人員來說，該連接處的預緊力需要多大，才能既達到零件的工作要求，又不大於螺栓的安全應力，這就需要計算出該處所需的應力最小值，以此數值來選用合適的螺栓緊固件。施加於螺栓緊固件上的預緊力，上限值取決於螺栓緊固件的屈服極限，下限值取決於滿足工作需要所需提供的最小預緊力。
2、螺栓規格的合理選用及設計計算
2.1 選用的重要性
裝配是實現總成件，尤其是大型總成裝配件生產的重要環節，零部件之間的聯接通常通過螺栓來實現，尤其是關鍵部位的螺栓，其聯接質量決定著總成裝配件的可靠性。由於螺栓施加預緊力的數值影響了螺紋連接質量，在保證採用合適預緊力裝配的前提下，選用合適的螺栓規格，非常必要。
對於螺栓螺母等緊固件來說，他們的性能參數都是在一定的的範圍內變化的，所以基本是有參考值的，因此計算出該緊固連接處的螺栓規格在性能上是否達到工作強度要求，是設計人員必須考慮的。
2.2 計算方法
下面僅以CNG 供給系統中一組氣瓶的框架在車架上的連接為例，簡單介紹下螺栓選用是否合理的計算方法。作為一個供給系統，CNG系統該包括儲氣瓶以及固定框架。針對N3 系列車輛，依據ECE R110 法規要求，整個固定裝置必須保證：運動方向6.6g 6.6 倍的加速度和運動方向垂直的水平方向5g，固定裝置不允許發生破壞性位移 。為了選配合適的螺栓緊固件規格，可按照以下步驟進行設計計算：裝置參數：單氣瓶 145L，單重125kg ，充滿氣重155kg，氣瓶支架重315 kg，共八個氣瓶，用24*M14 的螺栓固定於車架。
2.2.1 計算整個框架（包括加滿氣的氣瓶）的重量
G=155×8+315=1555 Kg
2.2.2 計算外面的負荷
Т=KG/F （公式1）=20×1555/0.2=155500 Kg
式中：K 為加速度值；最多是20。
F 為摩擦係數（“連接板－車架”）取常規值F=0.2
2.2.3 計算一個螺紋連接緊固力的負荷
Р=1.2T/h （公式2）=1.2×155500/24=7775 Kg
式中：1.2 為預先緊固力的效率
h 為螺紋連接（螺栓）的數量，h=24
2.2.4 計算螺栓杆的截面面積
Fc=π（d/2）2 （公式3）=3.14×（0.0125/2）²=0.00012265625 m2
式中d 為M14×1.5 螺桿的截面直徑，d=14-1.5=12.5mm=0.0125m
2.2.5 計算螺栓杆的抗拉應力
σc= P/(FC) （公式4）=7775/0.00012265625=63.39×106 Kg/m²
2.2.6 計算螺栓的緊固力
Mk≈Pd0k1 （公式5）≈7775×0.014×0.12≈13.062 Kg·m
d0為螺栓的外直徑，d0=12mm，K1為效率（含螺線角及螺紋的摩擦）。一般為K1=0.12
2.2.7 計算螺栓杆的應力切線
10.9 級M14 螺栓的應力是900 Mpa，等於91.83×106（Kg/m3）
按照上述的計算程序，可以計算出該處的連接安全係數為1.21，如果該係數小於1，就需要選擇強度更大屈服強度更高的螺栓進行匹配。
工業生產中，螺栓等緊固件的應用越來越廣泛，如何保證批量工業產品的安全可靠性，顯得非常重要。在設計過程中，準確選用螺栓規格和預緊力的大小，可以提高螺栓聯接總成件的裝配質量，減少因產品質量問題帶來的損失。對於螺栓預緊力的計算及控制方法，既需要豐富的經驗，也需要認真研究、細心分析，根據擰緊力矩的計算，實驗數據的採集，模擬分析等多種方法綜合考慮，選擇最合適的螺栓規格和相應的預緊力。實際生產過程中，除了進行必要的設計計算，還有更多更復雜的因素要考慮進去，這主要是根據各行業產品的特點和工藝實際情況來決定的。
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