[发明专利]一种拧紧力矩的设计方法

说明书

本发明将提供一种拧紧力矩的设计方法，主要是以实测的摩擦系数为计算依据，并通过连接位置的受力情况计算设计扭矩的安全系数，以此判定连接位置紧固件的选型及设计扭矩是否合理；本发明所提供的方法同样可用来设计超弹性定扭扭矩，超弹性装配相对弹性装配，其能提供更好的紧固可靠度。

技术领域

本发明属于紧固件的拧紧力矩设计领域，具体涉及一种拧紧力矩的设计方法。

背景技术

紧固件拧紧力矩设计时，螺纹副、紧固件支承面的摩擦系数是影响力矩设计的重要因素，而目前的拧紧力矩设计时，摩擦系数通常取经验值，相对较保守，且目前尚没有一种依据紧固位置的受力情况而正向设计拧紧力矩的方法，包括对实际摩擦系数的处理，拧紧力矩的设计安全系数等。

发明内容

针对以上技术问题，本发明提供一种拧紧力矩的设计方法，包括如下步骤:

(1)实测紧固件支承面、螺纹副的摩擦系数u_w、u_s，并统计出其-3σ的最小摩擦系数u_smin、u_wmin及+3σ的最大摩擦系数u_smax、u_wmax；

(2)实测或多体动力学仿真计算连接位置的径向X、Y方向的最大受力Fx、Fy及轴向Z方向的最大受力Fz；

(3)计算当下选用的紧固件可承受的最大预紧力F，同时以最小摩擦系数u_smin、u_wmin计算其可承受的最大拧紧力矩M_max；

(4)以步骤(3)中计算出的最大拧紧力矩M_max计算连接位置支承面的最小摩擦力f_min，同时计算紧固可靠时支承面所需的最大摩擦力f’，f_min与f’的比值，即为拧紧力矩径向安全系数；

(5)以步骤(3)中计算出的最大拧紧力矩M_max计算轴向最小预紧力F_min，F_min与步骤(2)中Fz的比值，即为拧紧力矩轴向安全系数；

(6)安全系数大于1.3时，则紧固件选型及拧紧力矩设计合理，否则需提升紧固件规格或性能。

进一步的，步骤(3)中当设计弹性装配的拧紧力矩时，最大预紧力F＝(0.8～0.9)×Fp；当设计为超弹性装配的拧紧力矩，则最大预紧力F＝σ_y×A_s，其中Fp为紧固件的保证载荷，σ_y为紧固件材料的屈服应力，A_s为螺纹公称应力截面积，A_s的计算公式如下：

单位为mm²，其中d为紧固件公称直径，单位为mm，α'为螺纹牙侧角，一般为30°；对于弹性装配，最大拧紧力矩M_max计算公式如下：

M_max＝K_min×F×d/1000

对于超弹性装配，最大拧紧力矩M_max计算公式如下：

单位均为N.m，其中，

d为紧固件公称直径，单位为mm，

P为紧固件螺距，单位为mm，

dA为螺纹公称应力截面积的等效直径，单位为mm，

K_min为最小扭矩系数，

d₂为螺纹中径，单位为mm，d₂＝d-3/8×P×cotα'，