董 超，陈福建，刘 刃，孙红梅，孙成丽

（济南二机床集团有限公司，山东 济南 250022）

在机械联接结构中，螺栓联接由于具有结构简单、拆卸方便、标准化等优点而得到广泛应用。为保证其联接可靠性，通过对螺栓联接施加预紧扭矩从而产生预紧力将螺纹拧紧是最常用的预紧方法。但预紧扭矩的大小需适当控制，过大的扭矩会增大螺栓的应力，过小的扭矩则会降低螺栓联接的可靠性。

为方便通过理论计算对螺栓预紧有限元分析结果进行验证，本文针对承受轴向力的单个螺栓联接进行分析，联接由一个螺栓、一个螺母、两个套筒组成。螺栓螺纹规格为M20×2.5，材料为碳钢，强度等级为6.8级。两个套筒的尺寸相同，内径为22，外径为40，高度为50，材料为45钢。

对于一般联接用的螺栓联接的预紧力F0，可按下列关系确定[1]：

式中：σS——螺栓材料的屈服极限；

A1——螺栓危险截面的面积。

1 螺栓预紧的有限元分析

利用NX软件建立假定的承受预紧力与轴向工作力的螺栓连接的三维模型。将该模型进行静力分析，为螺栓预紧及强度校核提供数据支持。本文建立的螺栓连接三维模型如图1所示。

1.1 计算两个套筒的组合刚度

由式（1）可知，对于碳素钢螺栓，预紧力系数可取0.6，对于6.8级强度的螺栓，其屈服强度为480MPa，危险截面为小径d1（17.294mm），经计算预紧力大小67651N。对于M10～M64的粗牙普通螺纹钢制螺栓[1]，预紧扭矩等于预紧力与螺栓公称直径乘积的0.2倍，经计算得预紧扭矩271Nm。在分析模型中，预紧力施加在螺栓长度的中间截面上[2]，摩擦系数0.15。……