張 爽，鄒建華

(1 國家防爆電機(jī)工程技術(shù)研究中心，黑龍江佳木斯154002;2 佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江佳木斯154002)

0 引言

在大型凸極電動機(jī)運(yùn)行過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)如電動機(jī)磁極螺栓松動導(dǎo)致磁極與定子相擦、電動機(jī)機(jī)座與底架螺栓松動造成電機(jī)振動增大等等，可見螺紋連接時擰緊力矩和預(yù)緊力的計算相當(dāng)重要，螺紋連接的擰緊力矩和預(yù)緊力過小，會給電機(jī)運(yùn)行埋下很大的安全隱患。

在大型電機(jī)設(shè)計和制造過程中，經(jīng)常會采用螺紋連接方式，如:電動機(jī)機(jī)座與底架之間，電機(jī)底架與基礎(chǔ)之間，凸極同步電動機(jī)磁極的安裝、同步電動機(jī)定子沖片裝壓時雙頭螺桿的固定等［1］。當(dāng)連接的螺紋尺寸較小時可以按照經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行手動緊固，但當(dāng)連接螺紋較大，且屬于關(guān)鍵部位連接時，無法手動緊固或手動緊固已不能保證可靠安裝，此時就需要采用專業(yè)的扭力扳手，扭力扳手值需根據(jù)擰緊力矩和預(yù)緊力計算設(shè)定。本文就螺紋連接的基本類型，以及螺紋連接的擰緊力矩和預(yù)緊力的計算做如下分析。

1 螺紋連接的基本類型［2］

在機(jī)械制造過程中，物件與物件常采用螺紋緊固連接，常用的螺紋連接有以下幾種方式

(1)螺栓連接，常用于通孔，損壞后容易更換。根據(jù)載荷的不同，螺紋余留長度l1也不同，一般情況下，靜載荷下:l1≥(0.3 ～0.5)d(d 為直徑，下同);變載荷下:l1≥0.75d;沖擊載荷或彎曲載荷下:l1≥d。

(2)雙頭螺柱連接，多用于盲孔，被連接件需經(jīng)常拆卸時。當(dāng)被連接件的材質(zhì)不同時，擰入深度H 也不同，一般情況下，被連接件為鋼或青銅材質(zhì)時H≈d;鑄鐵材質(zhì)時H=(1.25 ～1.5)d;鋁合金材質(zhì)時H=(1.5 ～2.5)d［3］。螺紋余留長度同螺栓連接。

(3)螺釘連接，多用于盲孔，被連接件很少拆卸時。螺紋余留長度同螺栓連接，擰入深度同螺柱連接。

(4)緊定螺釘連接，用以固定兩個零件的相對位置，可傳遞不大的力和轉(zhuǎn)矩。

2 螺紋緊固件的應(yīng)力截面積［4］

在計算螺紋預(yù)緊力大小時常需用到螺紋緊固件的應(yīng)力截面積，根據(jù)GB/T 16823.1—1997《螺紋緊固件應(yīng)力截面積和承載面積》，現(xiàn)將常用螺紋的應(yīng)力截面積摘錄如下

2.1 應(yīng)力截面積計算公式

應(yīng)力截面積的計算，見下式。如無特殊要求，取3 位有效數(shù)字。

2.2 應(yīng)力截面積值

M12 ～M64 常用粗牙螺紋(GB 193)的應(yīng)力截面積(As)值，如表1 所示。

表1 常用粗牙螺紋應(yīng)力截面積值

3 螺紋連接的擰緊力矩及預(yù)緊力計算［2］

3.1 預(yù)緊力計算

預(yù)緊力的大小根據(jù)螺栓組受力和連接的工作要求決定。設(shè)計時首先保證所需的預(yù)緊力，又不應(yīng)使連接的結(jié)構(gòu)尺寸過大。一般規(guī)定擰緊后螺紋連接件的預(yù)緊應(yīng)力不得大于其材料屈服極限的80%。對于一般連接用的鋼制螺栓，薦用預(yù)緊力限值如下

式中，σs—材料的屈服極限，MPa;As—螺紋公稱應(yīng)力截面積，mm2，具體值參照表1。

3.2 擰緊力矩

絕大多數(shù)螺紋連接在裝配時都要預(yù)緊，目的在于增強(qiáng)連接的剛性、緊密性、防松能力及防止受橫向載荷的螺栓連接的滑動。擰緊時，扳手力矩T 是用于克服螺紋副的螺紋阻力矩T1及螺母與被連接件(或墊圈)支承面間的端面摩擦力矩T2。

式中，K—擰緊力矩系數(shù)，具體值選取參考表2;d—螺紋公稱直徑，m。

表2 擰緊力矩系數(shù)K

4 計算實(shí)例

以TZYW/TAW 7800-18/3250 同步電動機(jī)機(jī)座與底架之間的連接為例，具體計算過程如下

已知條件，電動機(jī)機(jī)座與底架的連接螺栓為:GB/T 5783 螺栓M48×140-DZn 8.8 級 材質(zhì):45 鋼碳素鋼［5］

4.1 預(yù)緊力的計算

F0=(0.6 ～0.7)δsAs=(0.6 ～0.7)×640×1470=(564480 ～658560)N

式中，δs—材料的屈服極限，δs=640MPa;As查表1可知，As=1470mm2

4.2 擰緊力矩的計算

擰緊力矩系數(shù)k 值選取:采用潤滑油采用德萊賽蘭公司推薦的Dow corning G-n 潤滑劑，擰緊力矩系數(shù)k 值取0.13。

5 試驗(yàn)結(jié)果

此電機(jī)在生產(chǎn)現(xiàn)場整機(jī)裝配時，采用扭力扳手對電機(jī)的底腳螺栓進(jìn)行連接，同時對計算出的擰緊力矩值進(jìn)行驗(yàn)證:首先，扭力扳手顯示盤上的擰緊力矩值按計算出的范圍平均值約3800N·m設(shè)定;然后，采用扭力扳手不斷旋緊底腳螺栓，擰緊力矩逐漸增大，直到達(dá)到設(shè)定值時，扭力扳手“啪”的一聲，表明旋緊結(jié)束;最后，檢查電機(jī)機(jī)座與底架之間已牢固連接，試驗(yàn)完成。

此試驗(yàn)證明，按上述過程計算出的螺紋連接的擰緊力矩值是符合現(xiàn)場安裝要求的。具體設(shè)定值如圖1 所示。

圖1 擰緊力矩和預(yù)緊力現(xiàn)場試驗(yàn)時扭力扳手的設(shè)定值

6 結(jié)語

本文對螺紋連接的基本類型、螺紋連接的擰緊力矩和預(yù)緊力計算的計算過程進(jìn)行了分析舉例，并對計算值進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證，以便在電機(jī)設(shè)計、制造以及用戶現(xiàn)場安裝、維護(hù)維修時，給出準(zhǔn)確的螺紋擰緊力矩和預(yù)緊力，為電機(jī)設(shè)計人員和相關(guān)人員提供參考。

［1］ 楊萬青，陳興衛(wèi).電機(jī)實(shí)用設(shè)計技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

［2］ 聞邦椿.機(jī)械設(shè)計手冊［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［3］ 交流電機(jī)設(shè)計手冊［M］.湖南:湖南人民出版社，1978.

［4］ GB/T 16823.1-1997.螺紋緊固件應(yīng)力截面積和承載面積［S］.

［5］ GB/T 5783-2000.六角頭螺栓 全螺紋［S］.

［6］ 徐德淦.電機(jī)學(xué)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［7］ 周順榮.電機(jī)學(xué)［M］.北京:科學(xué)出版社，2002.

［8］ 許實(shí)章.電機(jī)學(xué)下冊［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1981.1.