螺栓拧紧力矩查询和预紧力计算

1、引言家用电器厂在生产某型产品时，经常出现批头、电批套筒或风批套筒被打断的现象。

原因是一些重要零部件如发热管、R型弹簧等的固定都需要用很大的扭力矩来旋紧螺钉，而批头、电批套筒或风批套筒的极限扭力矩不能达到螺钉拧紧的拧紧力矩要求，致使其超过能够承受的最大拧紧力矩而折断。

但是，螺钉的拧紧力矩到底需要多大？目前尚没有一个确切的或者令人信服的标准来衡量。

那么，有没有办法给定螺钉比较准确的标准值呢？答案是肯定的。

下面以某产品弹性元件固定螺钉PM5×10为例，来计算它的拧紧力矩。

2、螺纹联接的拧紧力矩我们知道，在螺栓联接中，只有适当的预紧力才能保证螺栓可靠联接。

而预紧力则是通过控制施加于螺钉的拧紧力矩或转角来间接实现的。

但是，螺栓轴力与拧紧力矩之间的对应关系严重地受到摩擦条件的影响。

摩擦一方面是螺纹自锁防松的必要条件，另一方面摩擦消耗大量拧紧力矩（能量）从而影响螺栓轴力。

拧紧时，扳手或电批（风批）力矩T用于克服螺纹副的螺纹阻力矩T1及螺母与被联接件（或垫圈）支承面间的端面摩擦力矩T2。

即T= T1+ T2=KF0 d （N·mm）d——螺纹公称直径（mm）F0——预紧力（N）K——拧紧力矩系数（无量纲）其中，K值与螺纹中径、螺纹升角、螺纹当量摩擦系数、螺母与被联接件支承面间的摩擦系数有关。

而这些参数的取值都比较复杂。

要准确地计算出K 值，就要通过针对性的试验，同时测得预紧力和紧固扭矩才能间接获得拧紧力矩系数K值。

一般情况下，在各种条件下的K值，可参考下表中的数据。

盘铝合金基材上，铝合金的硬度较低，摩擦力较大。

故按干燥加工表面无润滑取值，则K值的取值范围是0.26～0.30，取最小值K=0.26。

螺纹联接的预紧力螺纹联接预紧力的大小，要根据螺钉组受力和联接的工作要求决定。

设计时首先要保证所需的预紧力，又不应使联接的结构尺寸过大。

一般规定拧紧后螺纹联接件的预紧力不得大于其材料屈服强度σs的80%。

1螺栓的预紧力可按下式计算：P0—预紧力P0＝σ0×AsAs＝π×ds^2/4ds—螺纹部分危险剖面的计算直径2ds＝（d2＋d3）/2 d3= d1－H/6 H—螺纹牙的公称工作高度σ0 ＝（0.5～0.7）σsσs—螺栓材料的屈服极限kgf/mm^2 （与强度等级相关，材质决定）2 也可查表：螺栓性能等级的含义2007年11月23日星期五 14:29钢结构连接用螺栓性能等级分3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等10余个等级，其中8.8级及以上螺栓材质为低碳合金钢或中碳钢并经热处理（淬火、回火），通称为高强度螺栓，其余通称为普通螺栓。

螺栓性能等级标号有两部分数字组成，分别表示螺栓材料的公称抗拉强度值和屈强比值。

例如，性能等级4.6级的螺栓，其含义是：1、螺栓材质公称抗拉强度达400MPa级；2、螺栓材质的屈强比值为0.6；3、螺栓材质的公称屈服强度达400×0.6=240MPa级性能等级10.9级高强度螺栓，其材料经过热处理后，能达到：1、螺栓材质公称抗拉强度达1000MPa级；2、螺栓材质的屈强比值为0.9；3、螺栓材质的公称屈服强度达1000×0.9=900MPa级螺栓性能等级的含义是国际通用的标准，相同性能等级的螺栓，不管其材料和产地的区别，其性能是相同的，设计上只选用性能等级即可。

强度等级所谓8.8级和10.9级是指螺栓的抗剪切应力等级为8.8GPa和10.9Gpa8.8 公称抗拉强度800N/MM2 公称屈服强度640N/MM2 一般的螺栓是用"X.Y"表示强度的，X*100=此螺栓的抗拉强度，X*100*（Y/10）=此螺栓的屈服强度（因为按标识规定：屈服强度/抗拉强度=Y/10）。

1、引言家用电器厂在生产某型产品时，经常出现批头、电批套筒或风批套筒被打断的现象。

原因是一些重耍零部件如发热管、R型弹簧等的同定都需要用很人的扭力矩來旋紧螺钉，而批头、电批套筒或风批套筒的极限扭力矩不能达到螺钉拧紧的拧紧力矩要求，致使其超过能够承受的最大拧紧力矩而折断。

但是，螺钉的拧紧力矩到底需要多大？目前尚没有一个确切的或者令人信服的标准来衡量。

那么，有没有办法给定螺钉比较准确的标准值呢？答案是肯定的。

下而以某产品弹性元件固定螺钉PM5X10为例，來计算它的拧紧力矩。

2、螺纹联接的拧紧力矩我们知道，在螺栓联接中，只有适当的预紧力才能保证螺栓可熹联接。

而预紧力则是通过控制施加于螺钉的拧紧力矩或转角来间接实现的。

但是，螺栓轴力与拧紧力矩之间的对应关系严重地受到摩擦条件的影晦摩擦一方面是螺纹自锁防松的必要条件，另-方面薜擦消耗大量拧紧力矩（能量）从而影响螺栓轴力。

拧紧时，扳手或电批（风批）力矩T用于克服螺纹副的螺纹阻力矩「及螺母与被联接件（或畢圈〉支承而间的端而摩擦力矩厂。

即T= Ti+ T2=KF O d ( N-rnm)d——螺纹公称直径(mm)Fo—预紧力(N)K一，紧力矩系数（无量纲）其屮，K值与螺纹屮径、螺纹升角、螺纹当量摩擦系数、螺母与被联接件支承面间的摩擦系数有关。

而这些参数的取值都比较复杂。

耍准确地计算出K 值，就要通过针对性的试验，同时测得预紧力和紧固扭矩才能间接获得拧紧力矩系数K值。

一般惜况下，在各种条件下的K值，可参考下表中的数据。

本例中，因为没有具体的实验参数，K按上表取值。

由丁•螺钉拧紧在发热盘铝合金基材上，铝合金的硬度较低，摩擦力较大。

故按于燥加工表面无润滑取值，则K值的取值范围是0.26〜0.30,取最小值K=0.26o螺纹联接的预紧力螺纹联接预紧力的大小，耍根据螺钉组受力和联接的工作耍求决定。

设计时首先要保证所需的预紧力，又不应使联接的结构尺寸过大。

一般规定拧紧后螺纹联接件的预紧力不得人于其材料朋服强度os的80%0对于一般联接用的钢制螺栓，推荐的预紧力限值如下：碳索钢螺钉Fo= (0.6-0.7) o s As (N)合金钢螺钉Fo= (0.5-0.6) Os As (N)一螺钊材料的屈服强度(MPa)式中QS弹性元件固定螺钉是PM5x10,材料是SWRCH18A,类似丁国产20#优质碳素结构钢，性能等级若按4.8级取值，其公称屈服强度os二320MpaAs——螺纹公称应力载面积mm2式中d2——外螺纹中径mmda——螺纹的计算直径，d =d -H/6，梵屮H为螺纹原始三角形高度mm。

常用高强度螺栓预紧力和拧紧扭矩(参考)预紧力Fv(kN)及扭紧力矩MA(N·m)计算方式决定施工高强度螺栓扭矩：Ma=1.1 k Pv d式中： k---扭矩系数，此数据由高强度螺栓制造商提供或在安装前实验得到。

通常k=0.11-0.15,详细数据见供货商的质量报告。

Pv---高强度螺栓预拉力， [kN]；d---高强度螺栓直径，mm。

如何确定机螺丝的紧固力矩关于如何紧固螺栓和螺母的文章已经有很多，但如何恰当地紧固机螺丝（Machine Screws）的文章较少。

与如何确保螺栓和螺母的安全连接一样，在紧固机螺丝时，恰当地选择合适的拧紧力矩十分重要。

恰当的、安全的连接直接关系到装配后产品的质量好坏。

因此在紧固机螺丝时，我们应该计算一下合理的拧紧力矩。

紧固机螺丝的这些力矩与紧固螺栓、螺母的力矩相比起来要小得多。

1、机螺丝拧紧力矩的计算常用的计算螺纹紧固件拧紧力矩的公式为：T=D×K×P其中：T：力矩（牛顿?米/英寸?磅1Nm=9 in.1b）D：螺纹的外径（1mm=0.03937 in）K：螺母的摩擦系数（光杆螺栓 K=0.20 镀锌螺栓 K=0.22 上蜡或带润滑螺栓 K=0.10）P：夹紧力（一般是屈服点抗拉强度值的75%）1．1米制机螺丝米制机螺丝（Metric Machine Screws）有不同的强度等级，每个等级都有相应合适的拧紧力矩。

在ISO国际标准中来制机螺丝（Metric Machine Screws）有两个主要的强度等级：4.8级（类似SAE 60M）和8.8级（类似SAE 120M）。

强度等级4.8表示最小的抗拉强度是480MPa，这约等于每英寸70，000磅（即70，000 Psi）。

强度等级8.8表示最小的抗拉强度是880MPa，约等于每英寸127，000磅（127，000Psi）。

米制电镀锌机螺丝拧紧力矩见表1。

1.2 英制机螺丝对于英制机螺丝（Inch Machine Screws）也有不同的强度等级，每个等级都有相应合适的拧紧力矩。

1、引言家用电器厂在生产某型产品时，经常出现批头、电批套筒或风批套筒被打断的现象。

原因是一些重要零部件如发热管、R型弹簧等的固定都需要用很大的扭力矩来旋紧螺钉，而批头、电批套筒或风批套筒的极限扭力矩不能达到螺钉拧紧的拧紧力矩要求，致使其超过能够承受的最大拧紧力矩而折断。

但是，螺钉的拧紧力矩到底需要多大？目前尚没有一个确切的或者令人信服的标准来衡量。

那么，有没有办法给定螺钉比较准确的标准值呢？答案是肯定的。

下面以某产品弹性元件固定螺钉PM5×10为例，来计算它的拧紧力矩。

2、螺纹联接的拧紧力矩我们知道，在螺栓联接中，只有适当的预紧力才能保证螺栓可靠联接。

而预紧力则是通过控制施加于螺钉的拧紧力矩或转角来间接实现的。

但是，螺栓轴力与拧紧力矩之间的对应关系严重地受到摩擦条件的影响。

摩擦一方面是螺纹自锁防松的必要条件，另一方面摩擦消耗大量拧紧力矩（能量）从而影响螺栓轴力。

拧紧时，扳手或电批（风批）力矩T用于克服螺纹副的螺纹阻力矩T1及螺母与被联接件（或垫圈）支承面间的端面摩擦力矩T2。

即T= T1+ T2=KF0 d （N·mm）d——螺纹公称直径（mm）F0——预紧力（N）K——拧紧力矩系数（无量纲）其中，K值与螺纹中径、螺纹升角、螺纹当量摩擦系数、螺母与被联接件支承面间的摩擦系数有关。

而这些参数的取值都比较复杂。

要准确地计算出K 值，就要通过针对性的试验，同时测得预紧力和紧固扭矩才能间接获得拧紧力矩系数K值。

一般情况下，在各种条件下的K值，可参考下表中的数据。

本例中，因为没有具体的实验参数，K按上表取值。

由于螺钉拧紧在发热盘铝合金基材上，铝合金的硬度较低，摩擦力较大。

故按干燥加工表面无润滑取值，则K值的取值范围是0.26～0.30，取最小值K=0.26。

螺纹联接的预紧力螺纹联接预紧力的大小，要根据螺钉组受力和联接的工作要求决定。

设计时首先要保证所需的预紧力，又不应使联接的结构尺寸过大。

螺栓拧紧力矩的计算公式
螺栓的拧紧力矩计算公式是根据螺栓的材料、螺纹规格、摩擦系数、接触面积等参数来确定的。

在工程实践中，常用的计算公式有以下几种：
1.爱宝格（IBC）公式：爱宝格公式是美国爱宝格公司提出的一种螺栓拧紧力矩计算公式。

根据爱宝格公式，螺栓的拧紧力矩可以通过以下公式计算：
T=K×D×F
其中，T为拧紧力矩，K为一个系数，D为螺纹公称直径，F为想要实现的预紧力。

K的数值可以根据螺纹规格和摩擦系数来确定。

2.手册公式：根据螺栓的规格，可以查阅相关手册或标准，手册中通常提供了预紧力系数和公式。

例如，ISO898-1标准中提供了如下公式：T=K×D×P
其中，T为拧紧力矩，K为螺栓的预紧力系数，D为螺纹公称直径，P 为想要获得的螺纹预紧力。

3.材料力或变形法：这种方法是根据螺栓的材料弹性模量、截面形状和线膨胀系数来进行计算的，一般适用于轻载部件、高频振动部件和临界使用条件。

T=K×A×E×ΔL
其中，T为拧紧力矩，K为一个系数，A为应力面积，E为弹性模量，ΔL为螺栓的线膨胀量。

需要注意的是，以上公式仅适用于标准的螺栓和标准加载条件。

对于非标准螺栓和非标准加载条件，可能需要进行专门的计算或进行实验测试来确定拧紧力矩。

此外，螺栓拧紧力矩的计算还需要考虑一些特殊情况，例如螺纹副的摩擦系数、螺纹的涂层、环境温度等。

在实际应用中，还需要综合考虑这些因素来确定最终的拧紧力矩。

螺栓预紧力与拧紧力矩的公式换算
本文为“自动机算模板“系列原创文档之一，本文档主要介绍螺栓预紧力与拧紧力矩的公式换算和如何使用免费开源的软件wxMaxima让计算机为我们自动计算复杂公式数值的过程和方法。

理论依据
已知预紧力F0，拧紧力矩与预紧力F0的对应关系参考成大先《机械设计手册》第五版。

T=K*F0*d
其中：
T为拧紧力矩，N·mm；（1000N·mm=1N·m）
K为拧紧力矩系数，无量纲；
F0为预紧力，N；
d为螺纹公称直径，mm;
拧紧力矩系数K值可以通过下表查得：（摘自成大先《机械设计手册》表
计算范例
以M12螺纹连接为例：
wxMaxima输入单元的数值表达式如下：
K:0.2;
F0:16000;
d:12;
T:K*F0*d;
软件wxMaxima，大家可以从网上下载并安装，这个软件是免费的。

安装后，打开软件，然后把我上面列出的公式复制进去，修改数值，点击菜单栏的“单元”→“对单元进行求值”，即可在几秒内获得想要的计算结果。

由上图可以看到拧紧力矩的计算结果：T=38400N·mm=38.4N·m
计算结果的评估
得到计算结果后，需要根据工程实际情况判断预紧力或拧紧力矩是否合适。

一般而言，预紧力不容易测量得到，拧紧力矩则可以通过力矩扳手进行控制。

铝材的强度小于钢材，所以当螺钉材料是钢、零件材料是铝材时，预紧力和拧紧力矩应选取的小一些，一般螺栓等级的选取不能大于5.6级。

通过本文方法计算得到的拧紧力矩数值可以与《螺栓尺寸、强度等级、预紧力和预紧扭矩对照表》进行比对和选用，工程应用时还要通过实验测试来验证。

三、螺栓拧紧力矩和预紧力计算
拧紧力矩的计算:T=T1+T2=Ftan(∅+ρv)d2
2+Fμ
3
×D w3−d03
D w3−d02
=KFd (1)
K=d2
2d tan(∅+ρv)+μ
3d
×
D
w−d03
3
D w3−d02
(2)
式中d——螺纹公称直径, mm；
F——预紧力, N；
d2——螺纹中径, mm；
∅——螺纹升角；
ρv——螺纹当量摩擦角, ρv=arctanμv；
μv——螺纹当量摩擦因数；
Μ——螺母与被连接件支承面间的摩擦因数；
K——拧紧力矩系数（推荐从下表中选取）；
D w、d0见图3-1。

图3-1
预紧力计算:F=(0.5~0.6)σS A s (3)
式中σS——螺栓材料的屈服点，MPa;
A S——螺栓公称应力截面积，mm²;
螺栓公称应力截面积：A S=π
4(d2+d3
2
)2 (4)
螺纹的计算直径：d3=d1−H
6
(5)
螺纹的原始三角形高度：H=√3
2
P=0.866P (6)
式中
d1——外螺纹小径, mm；
d2——外螺纹中径, mm；
d3——螺纹的计算直径, mm；
H——螺纹的原始三角形高度,mm；
P——螺纹的螺距，mm。

一般规定拧紧后螺纹连接件预紧应力不得大于其材料的屈服点σS的80%。