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预紧力

预紧力是机械建筑等专业很常见的一个术语。比较通用的概括性描述为:在连接中(连接的方式和用途是多样的),在受到工作载荷之前,为了增强连接的可靠性和紧密性,以防止受到载荷后连接件间出现缝隙或者相对滑移而预先加的力。

1、螺纹连接时为了达到可靠而紧固的目的,必须保证螺纹副具有一定的摩擦力矩,此摩擦力矩是由连接时施加拧紧力矩后,螺纹副产生了预紧力而获得的。预紧力的大小与零件材料及螺纹直径等有关。对连接后有预紧力要求的装置,其预紧力(或拧紧力矩)数据可从装配工艺文件中找到。 控制螺纹预紧力的方法可利用专用的装配工具:如测力扳手,扭矩板手,电动、风动板手等。

2、带传动中,安装时带预先张紧在轮上,受到的拉力称为预紧力。

3、对于轴承,也是在使用前,就已经通过静螺栓、压盖等给他提前施加一个力,这也叫预紧力 。

4、弹簧预紧力就是预先考虑的最大弹性恢复力和弹性时间维持力。、

5、在后张法预应力工艺中会使用预紧力这个概念。在群锚施工中,为提高锚具的锚固效率,应预先对需要同时张拉的数根钢绞线逐个预紧,然后同时张拉,施工过程中只控制总张拉力就可以了。预紧的意义在于保证同一锚具内的各个单根在张拉前松紧一致,以便在工作阶段共同发挥作用。预紧力一般不大,大约为其应承受张拉力的十分之一。具体到施工时还要根据孔道长度、孔道摩擦、设备行程等情况来确定。

6、我国古代建筑工匠中流传这样一句俗话:“紧车铆子邋遢房,桌子板凳手摁上”也是指在工作中容易松动连接部位应该施加预紧力。

7、汽车风挡玻璃是用橡胶条卡在车体上的,橡胶条为H型,一个口卡住玻璃,对面的口卡住车体,卡的要很紧密,这就是预紧力,卡得紧才能保证玻璃装得稳当,卡接处不漏水。

螺纹联接的预紧力矩计算

Mt=K×P0×d×10kgf.m

K:拧紧力系数 d:螺纹公称直径

P0预紧力(也可查下表) P00×As

As=π×ds/4 ds:螺纹部分危险剖面的计算直径

ds=(d2+d3)/2 d3= d1-H/6 H:螺纹牙的公称工作高度

σ0 =(0.5~0.7)σs σs————螺栓材料的屈服极限kgf/mm (与强度等级相关,材质决定)

K值查表:(K值计算公式略)

摩擦表面状况

K值

有润滑

无润滑

精加工表面

0.10

0.12

一般加工表面

0.13~0.15

0.18~0.21

表面氧化

0.20

0.24

镀 锌

0.18

0.22

干燥的粗加工表面

0.26~0.3

预紧力P0查表

公称直径

预紧力P0 (kgf)

强度级别

4.6

5.6

6.6

6.9

8.8

10.9

M8

610

770

920

1380

1640

2300

M10

970

1220

1450

2190

2590

3650

M12

1410

1770

2110

3180

3760

5300

M14

1930

2410

2900

4350

5120

7220

M16

2630

3300

3950

5920

7000

9900

M18

3210

4030

4820

7240

8560

12100

M20

4100

5130

6170

9230

11000

15400

M22

5090

6370

7600

11400

13400

19100

M24

5910

7400

8900

13300

15800

22200

M27

7690

9600

11500

17300

20500

28800

M30

9410

11800

14100

21200

25100

35500

M36

13700

17100

20500

30800

36500

51400

M39

16800

20500

24500

36800

43600

61300

M42

18800

23500

21800

42300

50000

70800

M48

24600

30800

37000

55500

65400

92500

预紧力的大小,除了受限于螺钉材料的强度外,还受限于被联接件的材料强度。当内外螺纹的材料相同时,只校核外螺纹强度即可。对于旋合长度较短、非标准螺纹零件构成的联接、内外螺纹材料的强度相差较大的受轴向载荷的螺纹联接,还应校核螺纹牙的强度。如某型产品弹性元件的固定,因螺钉连接的基材是压铸铝合金YL113,其强度远低于优质碳素结构钢20的强度,就应校核铝合金上螺纹牙型的强度,主要是螺纹材料的剪应力及弯应力。

预紧方式和转速的影响

定压预紧下,随转速的提高轴承径向刚度略有增加,而轴向和角刚度迅速降低。定位预紧下,轴承径向,轴向和角刚度均随转速的提高而迅速增加,但轴向和角刚度的增加比较平缓。陶瓷球轴承的刚度变化规律与全钢轴承相似,但变化较为平缓。定位预紧下,内圈和球的离心力,以及摩擦热的作用使内外圈的接触载荷增加,同时外圈接触角减小,内圈接触角增大,从而使接触刚度增加,但外圈接触角的减小使轴向和角刚度的增加变缓。定压预紧下,球的离心力增大使外圈接触载荷增加,同时接触角减小。

由于内外圈允许轴向位移,而内圈接触载荷基本不变,但接触角增大。热位移和离心位移对内外圈接触载荷和接触角几乎没有影响。尽管外圈法向接触刚度增加,但内圈法向接触刚度基本不变,串联作用的结果使径向刚度有所增加,但不大,而外圈接触角的减小使轴向和角刚度显著减小。

定位预紧下,陶瓷球轴承的刚度小于全钢轴承,而定压预紧下,陶瓷球轴承的刚度大于全钢轴承。定位预紧下,全钢轴承的接触载荷比陶瓷球轴承高一倍以上,尽管陶瓷球弹性模量高,全钢轴承刚度大于陶瓷球轴承。而定压预紧下,内圈接触载荷变化不大,陶瓷球弹性模量高使陶瓷球轴承刚度大于全钢轴承。

预紧载荷的影响

随着预紧载荷的增加,轴承的径向、.轴向和角刚度随之略有增加,但影响很小。与定位预紧相比,这一影响对定压预紧比较显著。这是山于预紧载荷增加使内外圈接触角增大,同时也使接触载荷增加,从而使径向、轴向和角刚度都有所增大。但是,预紧载荷引起的接触载荷和接触角变化,与转速和零件位移引起的变化相比较小,因此,对轴承刚度的影响有限。这也是定位预紧下的变化小于定压预紧的原因。

沟道曲率半径的影响

随着内外圈沟道曲率半径的增大,径向、轴向和角刚度随之减小,但是这一影响很小,只有定位预紧下刚度的变化稍为明显一些,这是由于沟道曲率半径增大使接触变形量增大。因此,一般选择沟道曲率半径时可以不考虑它对刚度的影响

球数的影响

定位预紧下,球数增加使径向、轴向和角刚度略有增加 。球数增加使刚度增加,但同样预紧载荷下,球数增多将使接触载荷减小,它们共同作用的结果虽然能使轴承的刚度增加,但较少。

定压预紧下,球数增加使径向刚度随之明显增加,而当转速增加到一定值时轴向和角刚度反而随之降低,但变化很小。这是由于定压预紧下,球数增加尽管使内圈接触载荷减小,但同时使内圈接触角减小,它们的共同作用使轴承径向刚度明显增加,而轴向和角刚度略有减小。

因此,球数增加时应相应提高预紧载荷,只有当接触载荷相同时一,增加球数才能使轴承刚度增加。

球径的影晌

定位预紧下,球径增大,径向、轴向和角刚度随之略有增加。球径增大使球的离心力增大,外圈接触角减小,内圈接触角增加,但同时使内外圈接触载荷增大,它们联合作用的结果使轴承刚度增大。由一于定位预紧下离心力变化对接触载荷的影响较小,因此球径变化对刚度的影响很小。

定压预紧下,球径增大径向刚度随之增加,而轴向和角刚度反而降低,但影响较小。这是由于球径增大使球的离心力增大,内外圈接触角减小,外圈接触载荷增加,而内圈接触载荷基本不变,因此径向刚度增加,而轴向和角刚度略有降低。因此,减小球径不仅改善速度性能,而且不会降低刚度性能。这也从理论卜证明了减小径球是主轴轴承的发展趋势之一。

轴承刚度随预紧力的变化

趋势随着轴承预紧力的增加,轴承径向刚度变大,使得主轴系统的加工精度和工作效率有明显提高,改善了主轴的工作性能。因此,在实际工矿中,在允许的范围内提高预紧力是有重大实际工程意义的。但是,随着预紧力的增高,轴承温度增高,轴承生热也会增加,进而使得主轴系统温度提高,严重影响轴承的工作寿命和主轴的工作性能。因此,在温升允许的条件下,尽量的提高预紧力是涉及主轴传动系统需要考虑的一个重要因素。


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