预紧力是
机械建筑等
专业很常见的一个术语。比较通用的概括性描述为:在连接中(连接的方式和用途是多样的),在受到工作载荷之前,为了增强连接的可靠性和紧密性,以防止受到载荷后连接件间出现缝隙或者相对滑移而预先加的力。
应用场合
1、
螺纹连接时为了达到可靠而紧固的目的,必须保证
螺纹副具有一定的
摩擦力矩,此摩擦力矩是由连接时施加拧紧力矩后,螺纹副产生了预紧力而获得的。预紧力的大小与零件材料及螺纹直径等有关。对连接后有预紧力要求的装置,其预紧力(或拧紧力矩)数据可从装配工艺文件中找到。 控制螺纹预紧力的方法可利用专用的装配工具:如测力扳手,扭矩板手,电动、风动板手等。
2、
带传动中,安装时带预先张紧在轮上,受到的拉力称为预紧力。
3、对于轴承,也是在使用前,就已经通过静螺栓、压盖等给他提前施加一个力,这也叫预紧力 。
4、弹簧预紧力就是预先考虑的最大弹性恢复力和弹性时间维持力。、
5、在后张法
预应力工艺中会使用预紧力这个概念。在
群锚施工中,为提高锚具的
锚固效率,应预先对需要同时张拉的数根
钢绞线逐个预紧,然后同时张拉,施工过程中只控制总张拉力就可以了。预紧的意义在于保证同一锚具内的各个单根在张拉前松紧一致,以便在工作阶段共同发挥作用。预紧力一般不大,大约为其应承受张拉力的十分之一。具体到施工时还要根据孔道长度、孔道摩擦、设备行程等情况来确定。
6、我国古代建筑工匠中流传这样一句俗话:“紧车铆子邋遢房,桌子板凳手摁上”也是指在工作中容易松动连接部位应该施加预紧力。
7、汽车风挡玻璃是用
橡胶条卡在车体上的,橡胶条为H型,一个口卡住玻璃,对面的口卡住车体,卡的要很紧密,这就是预紧力,卡得紧才能保证玻璃装得稳当,卡接处不漏水。
相关计算
螺纹联接的预紧力矩计算
Mt=K×P0×d×10-3kgf.m
P0:预紧力(也可查下表) P0=σ0×As
As=π×ds/4 ds:螺纹部分危险剖面的计算直径
ds=(d2+d3)/2 d3= d1-H/6 H:螺纹牙的公称工作高度
σ0 =(0.5~0.7)σs σs――――螺栓材料的屈服极限kgf/mm (与强度等级相关,材质决定)
K值查表:(K值计算公式略)
预紧力P0查表
影响因素
预紧力的大小,除了受限于螺钉材料的强度外,还受限于被联接件的材料强度。当内外螺纹的材料相同时,只校核外螺纹强度即可。对于旋合长度较短、非标准螺纹零件构成的联接、内外螺纹材料的强度相差较大的受轴向载荷的螺纹联接,还应校核螺纹牙的强度。如某型产品弹性元件的固定,因螺钉连接的基材是压铸铝合金YL113,其强度远低于
优质碳素结构钢20的强度,就应校核铝合金上
螺纹牙型的强度,主要是螺纹材料的剪应力及弯应力。
预紧方式和转速的影响
定压预紧下,随转速的提高
轴承径向刚度略有增加,而轴向和角刚度迅速降低。定位预紧下,轴承径向,轴向和角刚度均随转速的提高而迅速增加,但轴向和角刚度的增加比较平缓。
陶瓷球轴承的刚度变化规律与全钢轴承相似,但变化较为平缓。定位预紧下,内圈和球的离心力,以及摩擦热的作用使内外圈的接触载荷增加,同时外圈接触角减小,内圈接触角增大,从而使接触刚度增加,但外圈接触角的减小使轴向和角刚度的增加变缓。定压预紧下,球的离心力增大使外圈接触载荷增加,同时接触角减小。
由于内外圈允许轴向位移,而内圈接触
载荷基本不变,但接触角增大。热位移和离心位移对内外圈接触载荷和接触角几乎没有影响。尽管外圈法向接触
刚度增加,但内圈法向接触刚度基本不变,串联作用的结果使径向刚度有所增加,但不大,而外圈接触角的减小使轴向和角刚度显著减小。
定位预紧下,陶瓷球轴承的刚度小于全钢轴承,而定压预紧下,陶瓷球轴承的刚度大于全钢轴承。定位预紧下,全钢轴承的接触载荷比陶瓷球轴承高一倍以上,尽管
陶瓷球弹性模量高,全钢轴承刚度大于陶瓷球轴承。而定压预紧下,内圈接触载荷变化不大,陶瓷球弹性模量高使陶瓷球轴承刚度大于全钢轴承。
预紧载荷的影响
随着预紧载荷的增加,
轴承的径向、.轴向和角刚度随之略有增加,但影响很小。与定位预紧相比,这一影响对定压预紧比较显著。这是山于预紧载荷增加使内外圈接触角增大,同时也使接触载荷增加,从而使径向、轴向和角刚度都有所增大。但是,预紧载荷引起的接触载荷和接触角变化,与转速和零件位移引起的变化相比较小,因此,对轴承
刚度的影响有限。这也是定位预紧下的变化小于定压预紧的原因。
沟道曲率半径的影响
随着内外圈沟道曲率半径的增大,径向、轴向和角刚度随之减小,但是这一影响很小,只有定位预紧下刚度的变化稍为明显一些,这是由于沟道曲率半径增大使接触变形量增大。因此,一般选择沟道曲率半径时可以不考虑它对刚度的影响。
球数的影响
定位预紧下,球数增加使径向、
轴向和角刚度略有增加 。球数增加使刚度增加,但同样预紧载荷下,球数增多将使接触载荷减小,它们共同作用的结果虽然能使轴承的刚度增加,但较少。
定压预紧下,球数增加使径向
刚度随之明显增加,而当转速增加到一定值时轴向和角刚度反而随之降低,但变化很小。这是由于定压预紧下,球数增加尽管使内圈接触载荷减小,但同时使内圈接触角减小,它们的共同作用使轴承径向刚度明显增加,而轴向和角刚度略有减小。
因此,球数增加时应相应提高预紧载荷,只有当接触载荷相同时一,增加球数才能使
轴承刚度增加。
球径的影晌
定位预紧下,球径增大,径向、轴向和角刚度随之略有增加。球径增大使球的
离心力增大,外圈接触角减小,内圈接触角增加,但同时使内外圈接触载荷增大,它们联合作用的结果使轴承刚度增大。由一于定位预紧下离心力变化对接触
载荷的影响较小,因此球径变化对刚度的影响很小。
定压预紧下,球径增大径向刚度随之增加,而轴向和角刚度反而降低,但影响较小。这是由于球径增大使球的离心力增大,内外圈接触角减小,外圈接触载荷增加,而内圈接触
载荷基本不变,因此径向刚度增加,而轴向和角刚度略有降低。因此,减小球径不仅改善速度性能,而且不会降低刚度性能。这也从理论卜证明了减小径球是主轴轴承的发展趋势之一。
相关变化
轴承刚度随预紧力的变化
趋势随着
轴承预紧力的增加,轴承径向刚度变大,使得主轴系统的加工精度和工作效率有明显提高,改善了主轴的工作性能。因此,在实际工矿中,在允许的范围内提高预紧力是有重大实际工程意义的。但是,随着预紧力的增高,轴承
温度增高,轴承生热也会增加,进而使得主轴系统温度提高,严重影响轴承的工作寿命和主轴的工作性能。因此,在温升允许的条件下,尽量的提高预紧力是涉及主轴
传动系统需要考虑的一个重要因素。