大直径螺栓的液压拉伸预紧
211003049_液压拉伸螺栓有效拉伸系数研究
Research on Effective Tension Coefficient of HydraulicTensile Bolt *Chi ZhangJi-gang MengXue-bo ShaoPei-chao Li（Shenyang Blower Works Group Corporation ）Abstract:Hydraulic tensioner is widely used in tightening bolt of axial compressor rotor.The final effective preload is less than initial preload due to the influence of screw deformation and surface roughness.The ratio of effective preload to initial preload,which is termed as“effective tension coefficient”,is an important factor for determining installation oil pressure of hydraulic tensioner.In this paper,hydraulic tensile bolt of an axial compressor rotor is taken as a research object,the effective tension coefficient is estimated by theoretical and finite element method respectively,and the accuracy of the finite element method is proved according to the experimental results.In addition,several measures for increasing effective tension coefficient are proposed,finite element method is used to prove that effective tension coefficient could be increased by about 19.5%by using through bolt joint with double-headed stud,reducing hole diameter and locating the foot close to nut,without changing bolt nominal diameter and flange thickness.Keywords:Hydraulic Tensioner;Tensile Bolt;FEM;Effective Preload;Effective Tensile Coefficient摘要：液压拉伸器被广泛应用于轴流压缩机转子螺栓的预紧安装。
液压螺栓拉伸器操作保养手册说明书
DHTE多级液压螺栓拉伸器说明书道盛液压技术（浙江）有限公司地址：浙江省桐乡市高桥街道南日路228号 电话：139****0843邮编：314500官方网址：邮箱地址：E-mail:*******************液压螺栓拉伸器操作保养手册本操作手册内容为液压螺栓拉伸器的操作规程、警告和注意事项以及故障排除。
使用前，请仔细阅读本手册，彻底理解其内容并妥善保管。
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二 概述液压螺栓拉伸器是用于螺栓的快速紧固和拆卸上的。
液压拉伸器工作时能精确控制预紧力、不损伤螺纹、操作简便、减轻劳动强度、缩短生产维修周期、有效地增加链接的可靠性及螺栓的抗疲劳强度、提高装配精度及安全系数。
液压拉伸装置由螺栓拉伸器及高压油泵（手动、电动）组成。
工作原理液压拉伸装置的主要部件是液压拉伸器。
超高压油泵输出的液压油，从拉伸器油缸上的快速接头注入，活塞与油缸在油压作用下产生相对运动，油缸的内螺纹带动螺栓产生拉伸力，使螺栓伸长；然后旋转螺母，从而实现对螺对螺栓的紧固与拆卸。
液压拉伸器与超高压油泵配合使用，同步进行，工作过程分为四步：1 充油：油泵开始工作时，低压、大流量充油。
论水泵装配中的螺栓强度及预紧方法(下)
一
图 ６ 改善螺纹受力均匀的方法
（ ａ ）悬置螺母，使母体与螺栓均处于受拉状态、减少了螺距变
１
／ Ｉｌ Ｉｌ ／
Ｌ ．． —Ｊ Ｉ Ｉ — Ｉ
化差 ， 使螺纹上的负载分布趋于均匀
．
（）内斜螺纹螺母旋入端制成 ｌ。 ５的内斜角，原受力较大 ｂ ０一ｌ 。
几种 。
套
热方法 、 液压拉伸方法。目前螺栓预紧使用的主要原则
是： 普通 （ 不作要求）螺栓通常采用机械方法 （ 纯人 力、 机械力拧紧） ，对有力矩要求的螺栓采用扭力扳手 或省力扳手， 对有严格要求力矩或螺栓伸长量的螺栓视
管） 。如需要比较准确 的预紧力 ，可采用扭力扳手，但
定值进行计算 ， 对于大直径的螺栓则采用加热或液压拉
伸预紧的方法进行，从而使螺栓达到预期的预紧力。
从总体上说，在早期的螺栓预紧时是使用机械方法 （ 纯人力、 凭感觉进行 ，随着对预紧力要求的一步步提
高，逐渐发展到扭力扳手、省力扳手、液压扳手、电加
在装配时，使螺栓／ 螺钉产生预紧力的方法有如下
长阶段螺纹不承受任何工作时的附加应力。 由此可以看出，采用扭力扳手或定力矩扳手控制预
能够很好地将负载传递到受力的每一圈。
紧力的方法，虽然操作简单方便，但准确性较差 （ 预紧
过程中预紧力矩受到摩擦力影响较大） ，也不适宜用于
四、预紧力的控制与专用工具的选择
经验证明， 适当选用较大的预紧力对于螺纹联接的
由此
＝（ ） ＝ 号半
口０一
一 Ｗ — Ｐ
ｄ ｝
式中 ［ ］——许用剪切应力； ｒ ［］ ｂ ——许用弯曲应力。
一
大直径螺栓拉伸咬死问题研究
对于 同种材料 螺栓 、螺母的咬死情况，螺栓变形量只与螺母厚 度有关 ；而螺母厚度 与螺 纹的尺 寸有直接 关系，所以，当螺栓 规格 较大时 ，螺母厚度也较大 ，一般要考虑螺纹预紧时的咬死现象。 经过分析 ，螺栓 螺母 之间间隙只取决于螺栓中径及其偏 差，对 于主螺栓 Ｍ １ １ ０ ×４ － ５ ｇ 、主螺母 Ｍ １ ｌ Ｏ ×４ － ５ Ｈ ，其可能 出现的最小间隙 时 ，螺栓达到基本偏差上偏差 ｅ ｓ ＝ Ｏ ． ０ ６ ， 螺母达 到下偏差 Ｅ Ｉ ＝ Ｏ ， 即此 时螺栓螺母既能满足设计要求 ，又能使螺栓螺母间隙最小。 注 ：此情况与螺纹公差等级无关 。 螺纹 中径 的基 本偏 差，使得螺栓与螺母之间出现装配时需要的 间隙 ，因螺栓螺母咬 死问题 只与其 轴向间隙大小有关，本次只给出 轴 向间隙 ，对 于 ６ Ｏ度螺纹 ，其 间隙大小为：
应力 （ 许 用 应 力 强 度 ×Ｋ ）及 螺 母 厚 度 有 关 。
栓连接 成为必不可少的连接方式。螺栓、螺母设计在 直接 选用标 准 件 的同时 ，需要 对有些螺栓螺母参数进行一定修正 ，如选 用标 准件 大直径螺栓 螺母 预紧过程 中可能会存在咬死现 象；本文介 绍了螺栓 拉伸机在 大直径螺纹预 紧过程 中可能 出现咬死现 象的原 因，通过 对 螺栓参数 的分析 ，找 出问题的相关 因素 ，并提 出规避此 类问题 的办 法，为螺栓 选型及设计提供参 考依据 。
墅
－
ｔ ．
螺 母 设 计 时 ，如 果螺 母厚 度 取 Ｎ 倍 的 螺栓 公称 直 径 ， 以 Ｓ Ａ ５ ４ ０ 一 Ｂ ２ ４ 一 Ｃ １ ． ３材料的螺栓为例 ，如基本偏差螺纹公差等级选 用为 螺栓 ｇ 、螺母 Ｈ的形式，出现可能咬死 的最小螺栓直径 Ｄ 计算方法
螺栓拧紧方法及预紧力控制
化 工 设 备 与 管 道第42卷螺栓拧紧方法及预紧力控制初泰安(扬子石油化工公司芳烃厂,南京 210048)[摘要] 石化、炼油企业装置上的静密封结构以螺栓法兰垫片连接系统为主,检修期间螺栓拧紧方法的选择和预紧力的正确控制对保证装置的安全运行至关重要。
本文介绍了实际生产中常用的扭矩法、螺母转角法和液压拉伸法的基本原理,并给出了各种预紧力的控制方法及其所能达到的精度,对安装和维修有一定的指导意义。
[关键词] 螺栓; 预紧力; 拧紧; 法兰连接 螺栓法兰连接在化工装置中广为应用。
为了保证法兰连接系统紧密不漏、安全可靠地长周期运行,垫片表面必须有足够的密封比压,特别在高温工况下垫片会产生老化、蠕变松弛,法兰和螺栓产生热变形,高温连接系统的密封比常温困难得多,此时螺栓预紧力的施加与控制就显得十分重要,过大或过小的预紧力都会对密封产生不利影响。
螺栓预紧力过大,密封垫片会被压死而失去弹性,甚至会将螺栓拧断;过小的螺栓预紧力又使受压后垫片表面的残余压紧应力达不到工作密封比压,从而导致连接系统泄漏。
因此如何控制螺栓预紧力是生产实际中必须重视的问题。
1 螺栓拧紧方法1.1扭矩拧紧法扭矩拧紧法[1、2]是最常用的螺栓拧紧方法,通过扭矩扳手显示的扭矩值来控制被连接件的预紧力,操作简单、直观。
拧紧螺栓时的拧紧力矩:M=K t Q0d×10-3N m式中:Q0———预紧力,N;K t———计算系数;d———螺栓的公称直径,m m。
Q0=MK t d×10-3N(1)系数K t与螺纹表面及法兰的光洁度、润滑状况、拧紧速度、所用拧紧工具、以及反复拧紧时的温度变化等有关,通常在0.1～0.3之间变化。
K t的变化将导致预紧力Q0也发生较大变化,变化范围大约在40%左右。
所以,如采用扭矩法拧紧螺栓,其计算载荷需要1.3倍最大工作载荷,这必然会造成螺栓直径增大,或数量增加,或提高材质。
这对简化结构、降低成本,减轻其重量都是不利的。
钢结构工程高强度螺栓预拉力值确定及紧固原理
钢结构工程高强度螺栓预拉力值确定及紧固原理一、高强度螺栓预拉力（紧固轴力）的确定高强度螺栓连接与普通螺栓连接的主要区别就是对螺栓施加一个预拉力，预拉力越大，其承载能力就越大，接头的效率也越高，当确定它的大小时，要综合考虑螺栓的屈服强度、抗拉强度、折算应力、应力松弛以及生产和施工的偏差等因素。
设螺栓的屈服强度为Re，抗拉强度为fbt，螺栓有效截面积为Aeff，正应力为σ，剪应力为τ。
1.高强度螺栓预拉力确定准则通过拧紧螺母的方式，螺栓中除产生有张拉应力外，同时还附加有由于扭转产生的剪应力，因此，螺栓在拧紧过程中及拧紧后是处在复合应力状态下工作。
高强度螺栓预拉力确定准则就是螺栓中的拉应力和扭矩产生的剪应力所形成的折算应力不超过螺栓的屈服点。
根据第四强度理论，强度条件为：2.折算应力系数试验研究表明，由于剪应力的影响，螺栓的屈服强度和抗拉强度较单纯受拉时有所降低，一般降低约9%～18%。
考虑到剪应力相对拉应力较小，在确定螺栓预拉力时，剪应力对螺栓强度的影响通常是用折算应力系数来考虑的。
我国在确定螺栓设计预拉力时，折算应力系数取1.2。
3.预拉力松弛系数国内外试验研究结果表明，高强度螺栓终拧后会出现应力应变松弛现象，这个过程会持续30～45h后稳定下来，大部分松弛发生在最初1～2h内，大量实测结果统计分析得到，在具有95%保证率的情况下，螺栓应变松弛为8.4%。
因此，螺栓应力松弛系数取0.9，也就是螺栓的施工预拉力比设计预拉力高10%。
4.偏差因数影响系数在高强度螺栓生产、扭矩系数等施工参数测试以及紧固工具、量具等都存在着一定的偏差，因此，综合考虑偏差因数影响系数采用0.9。
5.高强度螺栓设计预拉力值根据高强度螺栓预拉力确定准则，考虑折算应力系数、预拉力松弛系数以及偏差因数影响系数，高强度螺栓设计预拉力值P为：按照式（4-3）、式（4-4），可以分别计算出一个高强度螺栓的预拉力设计值，随着国内外研究的进展，高强度螺栓应力达到或超过屈服点后的状况，特别是应力松弛问题得到进一步的了解，另外国外主要国家的预拉力基本控制在螺栓抗拉强度的65%，因此，8.8级设计预拉力是在公式（4-3）的基础上增加10%，这样我国8.8级、10.9级高强度螺栓设计预拉力基本控制在螺栓抗拉强度的60%左右。
液压螺栓拉伸器工作原理
液压螺栓拉伸器工作原理
液压螺栓拉伸器是一种可以用来拉伸螺栓的装置，其工作原理是通过液压的方
式将试验物体的紧松程度改变，以达到钢栓的预期拉伸强度。
它具有快速、精准、可靠的优点，能够实现试件的高精度拉伸和精确控制。
液压螺栓拉伸器的工作原理是这样的：通过电动马达，将液压油发送到控制阀，控制阀依据设定值，控制液压油向液压缸输送，液压油进入液压缸后，利用液压油的压力推动活塞杆向上推动，从而推动拉杆拉伸螺栓，当拉力达到所需的拉力后，活塞杆不再上升，从而达到拉伸螺栓的目的。
液压螺栓拉伸器具有准确、可靠、精确控制螺栓拉伸力、快速拉伸，硬度难以
控制等优点，能够解决气液压螺栓安装和拆卸时需要花费较长时间、拉断螺栓等情况，还能够使螺栓处于安全加载拉力状态，从而保证安全性。
SCHAAF萨尔福液压螺栓液压膨胀螺栓
ExpaTen –超强液压膨胀夹紧螺栓The ideal connecting boltFree from backlash – Powerful – ReusableExpaTen最佳的螺栓连接方案完全消除侧隙 - 超强夹紧力 - 可重复使用ExpaTenExpa = 径向膨胀= 100% 绝对锁紧在法兰的螺栓孔里Ten = 轴向拉伸 =结合处的摩擦连接ExpaTen带锥度的螺栓由高强度调质钢制成，可吸收径向剪切力以及轴向锁紧力保证多年后能重复被使用. 总能确保无磨损当带锥度的螺栓被预拉伸与锥套发生粘合时，定位环用来支撑锥套，使其保持在原位，使得轴套径向扩张（expansion），与法兰孔产生过盈配合。
SCHAAF 螺栓拉伸器(SSV系列)可以生成最高达4000巴的液压压力两只圆螺母以及锥套由具有最大疲劳强度的超高强度钢制成锥套由具有较高塑性的高强度钢制成可传递最大的剪切力优点与传统的螺栓比较，ExpaTen螺栓利用径向膨胀及轴向拉伸原理， 具有以下明显的优点：装配后100%绝对锁紧以及摩擦连接，法兰之间无相对滑动即使经过多年的使用，ExpaTen螺栓依然可以简单快速地被安装或拆除 – 次数不限拆卸后仍可再次使用，所以无需采购备用螺栓即使速度，扭矩或者方向发生突然改变的情况下，液压螺栓完全可以保证连接的刚性，避免变形不会出现螺栓卡死或螺栓尺寸大小不合适的现象能传递强大的扭矩，完全消除元件间的侧隙数量较少的螺栓即可传递强大的转矩，最大限度减少法兰尺寸在最小空间尺寸内可传输最大扭矩和剪切力安装间隙为钻孔直径的0.05%到0.2%简单加工螺栓孔即可可以用相同的SSV拧紧其他标准螺栓应用领域SCHAAF ExpaTen液压膨胀夹紧螺栓被广泛应用于既需要传递强大转矩或扭矩，同时又能保证日后可方便被拆除的场合。
例如船舶螺旋桨传动轴系，发电站，压碎机，钢厂和非金属制造以及风力发电装置ExpaTen 2理想的法兰连接方案，用于法兰螺栓孔不同心或者直径不相等的情况软件用于计算旋转角度和装配工艺，包括文档记录。
大型螺栓紧固新方法
／ Ｎ・ Ｉ Ｉ １
５ ０ ． ７ ２ｌ ９ ． ５ ４ ３ １ ． ２ ｌ ４ ７ ５ ． ９ ２ ５ ７ ５ ． ４ ４ Ｉ ｌ ６ ６１ ５ ２ ． ８
ｌ
力 。以小攻大 ，用分布 在大螺栓 周 围的多个小顶 推螺 钉逐
一
顶推 ，形成 紧固大螺栓 所需 的拉伸预 紧力 。在 安装螺 栓
之前应根据所需要的预紧力Ｐ ｎ ，按照公式计算 每个 顶推螺钉 所需的拧紧力矩 。
｜
｜
螺 栓直径 拧紧力矩
／ ｍｍ
Ｍｌ Ｏ Ｍ１ ６ Ｍ２ ０ Ｍ３ ０ Ｍ３ ６ Ｍ４ ２ Ｍ４ ８
Ｍ２ ０ 增 到Ｍ３ ０ 的增 长率是 １ ０ ４ ，螺栓直径从 Ｍ ４ ２ 增到Ｍ ４ ８ 的增 长率是３ ３ ９ ，即增长率随着螺栓直径 的增大愈来愈大 。这就 是说螺栓直径越大 ，拧紧力矩 的增长率就越大 。所以使用 力 矩紧固法紧固大型螺栓所耗费 的功力非常大 。据统计螺栓 紧
固力矩 一 般 按 螺栓 直 径 的３ 次方 增 加 。
Ｍ ２ ０ 拧 紧 力 矩 相 对 于 螺 栓 直 径 的增 长 率 是 ３ ８ ，螺 栓 直 径 从
安装螺栓 时 ，首先 将螺 栓在 常态下拧 紧 ，然 后安装 支
撑环 、拉 杆螺栓 和拉伸油 缸等专用 工具 。接上高 压油 ，拉 伸油缸加压到所要求 的压力肼 保持 。用搬手拧紧螺母后 油 缸 卸压 ，最后拆 除专用工具 。这种方法 最大 的缺点 是需要 昂贵的专用工具 。 ２ ． 新方法——顶推螺钉紧 固方法 这 种方法是 运用分 解—合 成 原理 ，把一个 大力矩 分成 多个 小力矩 ，产生多个 小顶推力 合成一个 大 的螺栓 紧固张
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机械设计基础 第5章 螺纹联接的预紧和放松
F0
F0
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液压拉伸预紧技术 用液压拉伸器先 将螺 栓拉长，拧螺母，再 放松螺螺栓
二、螺纹联接的防松
螺纹联接，通常满足自锁条件
v
但是在冲击、振动和变载的作用下，预紧力和摩擦 力可能瞬间消失，多次重复后就可能使联接松脱。因 此，必须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故。
永久防松 端铆 冲点（破 坏螺纹） 点焊
10-5 螺纹联接的预紧和放松
一、预紧 预紧目的：增加 联接的刚性、紧 密性及放松能力。
预
拧紧过程：螺栓受拉，伸长。 1、预紧力 F0
紧
F0
F0 在螺纹连接过程中，预紧力大小要适当。 如气缸盖螺纹连接， F0小缸盖与缸体间出现间隙漏气； F0过大螺栓拉断
F0
一般：碳钢：
S
——屈服极限 MPa
F0
F F∑
FF ∑
F F ∑ F F ∑
a)
b)
m f F0 CF
f ——摩擦系数 m——接合面数 C——可靠性系数
带入上节强度（设计）公式可校核（求d1）
∴螺栓所需的轴向力（即预紧力）应为
CF Fa F0 m f
当 f 0.15 C 1.2 m 1 F0 8F 即，预紧力为横向工作载荷的8倍， 所以螺栓联接靠摩擦力来承担横向载荷时，其尺寸较大。
液压防松Байду номын сангаас母
§10-6 螺纹联接的强度计算
强度计算：用多大螺栓，强度够不够
螺纹连接常常用螺栓组 受力分析→找出受力最大的螺栓→理论计算 （螺栓组应大小相同，美观且便于安装） 螺纹部分的塑性变形。
受拉螺栓的失效形式主要是：
15% 20%
螺杆的疲劳断裂。