螺栓连接预紧力分散系数的获取方法及VDI2230正确逻辑演算

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作者优秀: 优秀教师/意见领袖/博士学历/特邀专家/独家讲师
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导读：现代社会的各种机械、设备、工具都离不开螺栓联结，而决定螺栓联结的安全性、可靠性和经济性的最重要的参数就是预紧力。即使是在相同的外载荷作用下，用相同的螺栓来联结被夹紧件，得到的结果也有可能大相径庭，有可能安全，有可能发生事故，这时其决定因素就是预紧力是否精确、合理。因此，有必要就预紧力获取的精确性进行研究。

预紧力的影响因素及分散系数的重要性

预紧力是否合理取决于很多因素，首先是计算的精确性，只有在设计计算螺栓联结接头过程中正确地采用德国工程师协会VDI2230学科进行计算，得到的预紧力才是合理的目标值。如何在零件实际安装过程中实验螺栓接头的预紧力目标值又受几个不同因素影响，其中影响最大的就是预紧力分散系数。现以一个常见的螺栓联结接头的计算来说明此系数精确性对实际预紧力的影响。接头如下图一所示，螺栓为M20， 8.8级，各处摩擦系数为μ=0.2。根据外载荷计算得到需要的预紧力

采用带数显的力矩扳手，根据VDI2230常规算法，

取1.6，得到

超出此螺栓的许用预紧力数值，螺栓在预紧过程中就已经失效破坏掉了。但是如果

取1.4，就会得到

，此螺栓不仅在安装时不会失效，即使在最大工作载荷下也不会失效。由此可见，预紧力分散系数的取值精确性至关重要，有必要进行深入研究。

图一

预紧力分散系数的获取方法及数据处理

一般来说，预紧力分散系数

数值的获取有四种方法，这些在螺栓设计老张的《螺栓预紧工艺VDI2230-3详解与应用》内训课有详细、系统的讲解，本文不单独展开，现仅以其中一个知识点—实验测量的数据处理方法进行介绍。在通过实验获得的数据测量

值如下表一后不难发现，这些数值呈正态分布。

表一数据测量值

现在行业中的常规做法是同时测量其摩擦系数，得到的数值如下表二中数据，

表二摩擦系数测量值

然后根据此摩擦系数进行计算，这种方法无论从原理上还是试验检验上都被证明是错误的，因此，需要采用其它方法通过实测来计算。

正确的计算方法

正确的计算方法是：首选通过表一的实验数据求得的均值为94.44 kN，标准差为6.4 kN，最终用于计算的

或者说实际有效的

其中，1.51为校正因子，不同的数据校正因子大小不同。

因为

就是实际的分散系数，所以需要将

而不是

代入计算当中，得到

，说明预紧状态螺栓不会失效。至于在工作状态下是否失效则需要再次计算。

以上就是预紧力分散系数实验测定值的处理方法，在10月25-26日仿真秀主办的线下培训中将会详细讲解，本人（螺栓设计老张）采用此方法编制了预紧力实验测定值计算表格，也会在线下课分享给学员。至于采用各种不同的预紧方法的计算以及不同预紧方法对原VDI2230-1的计算修订之处的系统讲解会在客户企业内训当中通过理论分析、十二个计算案例来详细讲解。