船舶设备螺栓组选用

摘要：本文主要介绍船上螺纹连接设备螺栓组的选型、螺栓的预紧、螺栓的防松。

关键词：螺栓组 预紧 防松

Abstract: this paper mainly introduces the ship thread connecting equipment type selection, bolt bolts group of preloaded, bolt against pine.

Keywords: bolt group preloaded against pine

中图分类号： U66 文献标识码： A 文章编号：

1、引言

为了拆卸以及检修，船舶大部分设备采用螺纹连接形式。因为螺纹连接是一种广泛使用的可拆卸的固定连接，且结构简单，连接可靠。不过在实用上，大多数螺纹连接在装配时都必须拧紧，使联接在承受工作载荷之前受到预紧力的作用。一般带有电机的设备，都会产生振动，使联接松脱，为了防止联接松脱，经常需要采取有效的防松措施。而往往应力集中、载荷分配及材料机械性能都会影响螺栓强度。本文简要介绍普通螺纹螺栓组选用的一些方法。

2、参数定义

要选用螺纹，需要掌握螺纹特点的几个主要参数，以广泛应用的圆柱普通螺纹为例，如图1所示。

图1 螺纹示意图

2.1大径D ——与外螺纹牙顶相重合的假想圆柱面直径，亦称公称直径

2.2螺距P ——相邻两牙在中径圆柱面母线上对应两点间的轴向距离。

2.3小径D1 – 与外螺纹牙底相重合的假想圆柱面直径(在强度计算中作危险剖面的计算直径)，根据图1得：

D1=D-2x5H/8=D-1.08253P （a）

2.4中径D2 – 在轴向剖面内牙厚与牙间宽相等处的假想圆柱面的直径。根据图1得：

D2=D-2x3H/8=D-0.64952P （b）

注：近似地D2等于螺纹的平均直径，即D2≈0.5(D+D1)。

（1）理论牙高H – 外螺纹牙顶假想圆与牙底假想圆的径向距离，根据图1得：

H=（c）

3、螺栓组预紧

船舶中，在装配螺栓组时绝大多数都必须拧紧，使联接螺栓组在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，此时预加的作用力称为预紧力。进行预紧的目的是为了增强联接的可靠性和紧密性，以防止受载后被联接件之间出现间隙或发生相对滑移。选用较大的预紧力对联接的可靠性以及联接件的疲劳强度都是有力的，特别是对于紧密性要求较高的螺栓连接。不过过大的预紧力会导致整个联接的结构尺寸增大，也会使联接件在装配或过载时被拉断。因此，在进行螺栓组安装时控制预紧力很重要。

通常规定，拧紧后螺纹连接件的预紧力不得超过其材料的屈服极限σs的80%。对于一般连接用的钢制螺栓联接的预紧力F0,推荐按下列关系来确定:

碳素钢螺栓: F0≤（0.6~0.7）σsA1

合金钢螺栓: F0≤（0.5~0.6）σsA1

式中: σs——螺栓材料屈服极限；

A1——螺栓危险截面面积，A1≈ΠD12/4(一般取螺栓小径为危险截面直径，若螺栓局部直径小于其螺杆部分的小径D1,应取最小界面直径计算)。如图2，M45x4.5螺栓的根据公式（a）小径D1≈40mm，但是危险截面直径应该取36mm来计算。

图2 地脚螺栓联接

我们船舶装配螺栓时，通常借助扭力扳手来控制预紧力大小。一般上拧紧力矩T和预紧力F0的关系为：

T≈0.2F0D（d）

所以，当我们知道了螺栓的预紧力F0时，可以按公式（d）计算拧紧力矩T,从而通过扭力扳手来控制预紧力。

4、螺栓组防松

我们所说的防松主要是防止螺旋副在受载时发生相对转动，常用的防松方法分为摩擦防松和机械防松。下面介绍几种常用的防松方法。

双螺母防松，例如中间轴承、发电机等设备与座架的联接。

双螺母防松属于摩擦防松的一种方法，由于一些工厂及个人的习惯，一般都认为薄螺母在上方，认为下螺母是主要受力件，因此要用厚螺母。其实这是一种不正确的习惯，当出现振动等造成螺母和工件之间出现瞬间间隙时，两个螺母还是对死的，工件对螺母的力是通过内螺母传向外螺母，从这点来看下螺母是防松的。现从中间轴承螺纹联接受力分析上去分析，当只拧紧下螺母时，螺栓受拉力为F1,被联接件同样受压力F1;

当上螺母拧紧，下螺母与螺栓组成的螺纹副中，其螺牙的上下侧面均未受挤压，而上螺母与螺栓组成的螺纹副中螺牙上侧受挤压。此时，螺栓、螺母及被联接件受力如图3所示。

图3 螺栓、螺母及被联接件受力图

图4所示为中间轴承螺栓联接，上、下两个螺母拧紧后，下螺母与螺栓组成的螺纹副中的螺牙受挤压侧面的挤压力达到防松要求，定义为F0.这时上螺母加于下螺母的力的增加值定义为F3，F3使下螺母在其螺纹副的螺牙产生F0;而F3施于下螺母，下螺母又将一部分传给被联接件增加压紧力Fb3，即可视为F3被分解为F0和Fb3。

图4 中间轴承螺栓组受力图

由上述2个图可以得知：下螺母与螺栓组成的螺纹副中螺牙侧面只受挤压力F0，而在上螺母与螺栓组成的螺纹副中的螺牙侧面上受到挤压力F2+F3,且F2+F3>F0，因此也能得出下螺母螺纹牙受力较小而应该用薄螺母的结论。

4.1弹簧垫圈防松，例如主滑油泵、空压机等设备与座架的联接；

弹簧垫圈防松主要靠垫圈的弹性反力使旋合螺纹间压紧。

4.2开口销及六角开槽螺母防松，例如轴系联接螺栓组；

4.3止动垫圈防松，例如滑油回油管的限位螺钉与螺纹座联接；

（1）串联钢丝防松，例如艉轴密封装置里的螺栓组。

图5 弹簧垫圈防松图6 开口销及开槽螺母防松图7 止动垫圈防松图8 串联钢丝防松

5、小结

船上设备大部分都是采用的螺栓联接，针对不同的设备联接采用的螺栓组有不同的要求，且对于螺栓组的防松都有不同的要求，由于双螺母防松的效果很好，本文特别对大家争议比较大的双螺母防松的薄螺母到底是放在上面还是下面做了一个介绍，更直接的方法是采用2个等厚的螺母也是同样的防松效果，不过从成本上看还是一厚一薄更合适。

参考文献：

濮良贵，纪名刚主编，机械设计（第七版）北京：高等教育出版社，2001

作者简介：（覃杰伟，男，1981-，助理工程师，从事船舶设计）

（陈焕青，男，1983-，助理工程师，从事船舶设计）

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。