论文总字数：19107字

摘 要

螺栓广泛应用于各行各业，尤其是大型螺栓连接的可靠性事关设备能否安全运行，对螺栓预紧力的测定和控制是保障螺栓联接可靠性的重要环节。在对螺栓拧紧和预紧力控制相关文献阅读和理解的基础上，本文首先介绍了预紧力和螺栓连接的模型，总结了控制螺栓预紧力的意义，然后详细介绍了扭矩法、螺母转角法、预伸长法、特殊垫圈、超声波测量法和超级螺栓的原理和优缺点，最后选取了使用超级螺栓控制预紧力的工程实例，对此方向的研究有一定意义。总体来看，目前使用超级螺栓是控制大规格螺栓预紧力最为方便和有效的手段。

关键词：螺栓 预紧力 控制

Abstract

Bolt is widely used in all walks of life, especially the reliability of large bolt connection is related to the safe operation of equipment, the determination and control of bolt preload is an important link to ensure the reliability of bolt connection. Based on reading and understanding the literature of bolt tightening and preload control. firstly The model of preload and bolt connection are introduced in this paper, The significance of controlling the bolt preload is summarized. Then the principle, advantages and disadvantages of torque method, angle method, pre-elongation method, Special washers, ultrasonic measurement method and super bolt are introduced in details. Finally, some engineering examples of using super bolt to control the preload are selected. There is a certain significance to the research of this direction. On the whole, the super bolt is the most convenient and effective method to control the bolt preload in large size.

Key Words: Bolt; Preload; Control

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 螺栓连接和预紧力 1

1.1 螺栓连接简介 1

1.2 螺栓预紧力模型 3

1.3 测定和控制螺栓预紧力的意义 4

第二章 预紧力测定和控制方法 5

2.1 通过拧紧力矩控制螺栓预紧力 5

2.2 通过螺母转角控制螺栓预紧力 6

2.3 通过测量螺栓伸长量测定预紧力 7

2.4 使用液压拉伸器控制预紧力 7

2.5 加热法控制螺栓预紧力 11

2.6 特殊垫圈 11

2.6.1 直接张力指示器 11

2.6.2 自动控制垫圈 13

2.7 利用超声波测量预紧力 15

2.8 超级螺栓 16

第三章 超级螺栓的应用 20

3.1 氨反应器 20

3.1.1 使用普通螺栓存在的问题 20

3.1.2 使用超级螺栓带来的改变 20

3.2 涡轮控制阀 21

3.2.1 使用普通螺栓存在的问题 21

3.2.2 使用超级螺栓带来的改变 21

3.3 铂重整装置反应器 22

3.3.1 反应器设计条件和法兰数据 22

3.3.2 新的预紧方案 22

3.3.3 使用超级螺栓带来的优势 23

第四章 总结 24

参考文献 25

第一章 螺栓连接和预紧力

1.1 螺栓连接简介

广义的预紧力在生活中十分常见，当我们用手握住杯子拿起的时候，为保证安全平稳，握力产生的摩擦力一定是大于杯子所受重力的，这是日常生活中的“预紧”。在工业上，预紧力也是无处不在，比如带传动中，皮带在工作前已被张紧，而预紧力最集中的体现是在螺栓连接中。

螺栓连接分为普通螺栓连接和铰制孔用螺栓连接。如图1-1为普通螺栓连接，螺柱与孔之间留有空隙，可以补偿误差，主要承受轴向载荷，加工和装拆都比较方便，应用最为广泛；图1-2是铰制孔用螺栓连接，与普通螺栓连接的区别是，螺柱和铰制孔间过渡配合，能够承受横向剪切力，加工成本较高。

螺栓连接中的零件有螺栓、螺母和垫圈。螺栓的区别主要在于头部形状，最常见的是六角头，六角头分为标准六角头和小六角头^[1]，标准六角头使用最为广泛，而小六角头主要用于空间受限和频繁拆装的场合，螺栓头支撑面小，边角容易磨圆；螺母也以六角形使用最为广泛，此外还有圆形、方形等，螺母是与螺栓配套的标准件，厚度也有标准；垫圈也是标准配套零件，常用的垫圈有平垫圈和弹簧垫圈，平垫圈的主要作用是增大支撑面积和保护支撑面，弹簧垫圈主要起防松作用。

除了螺栓连接，常见的螺纹连接还有双头螺柱连接和螺钉连接。双头螺柱连接两端有螺纹，配一个螺母，被联接件上有螺纹孔，如图1-3，适用于被连接件较厚不便于设通孔的情况，拆下时只需拧下螺母；螺钉连接如图1-4，一体化结构，拆下时需整体拧出，适用于被连接件较小且不需要频繁拆装的场合。

在螺栓螺母连接中，只把螺母拧到连接面刚刚接触是不够的，需要继续拧紧，在承受载荷之前构件受到的轴向力即为预紧力。预紧力的存在可以提高被连接件之间的紧密性，防止工况下受载产生相对滑移^[2]，从而有效防松、防泄漏。螺栓是工业上广泛应用且难以被取代的零件，能够实现构件之间连接和预紧。随着工业技术的进步和需求的增加，化工机械和压力容器等设备的体积在不断变大，大型螺栓应运而生，对大规格螺栓预紧力的测定和控制也成为了一个问题。

1.2 螺栓预紧力模型

图1-5 螺栓的预紧模型

螺栓的预紧模型如图1-5，装配时通过施加在扳手上的力F产生一个拧紧力矩T进而产生预紧力。假设拧紧时螺纹副的摩擦力矩为，螺母支撑面上的摩擦力矩为，根据力矩平衡可得。则有公式：

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