Расчет крутящего момента болта при фланцевом соединении

Расчет крутящего момента болта при фланцевом соединении

Большинство отказов болтовых соединений происходит из-за плохой сборки и применения неправильного момента затяжки болтов и гаек при монтаже фланцевого соединения. Поэтому важно обеспечить правильное затягивание болтов для обеспечения герметичности соединения.

Крутящий момент, приложенный к болту, используется для преодоления следующего трения:

• Трение между резьбой болта и гайкой.
• Трение между головкой и гайкой опорной поверхностью (фланец наружной поверхности).
• Использование смазки для уменьшения трения
• Момент вращения болта
• Напряжение в болте

Фланцевое соединение при затягивании болтов действует как сжатая пружина. Примерно 50% крутящего момента, прилагаемого к болтовому соединению, используется для преодоления трения на опорной поверхности гайки и около 35% рассеивается при преодолении резьбового трения. Остаток в размере всего 15% доступен для создания необходимого предварительного натяжения болта. Если трение в резьбе снижается за счет применения смазки, то при том же самом прилагаемом крутящем моменте создается большее значение предварительного натяжения болта. Поэтому после применения смазки следует принять особые меры предосторожности, так как теперь при одном и том же крутящем моменте может создаться достаточный предварительный натяг для того, чтобы соединение вышло из строя и болтовое соединение вышло из строя.

Смазку следует наносить как на опорную поверхность гайки, так и на наружную резьбу болтов. Используемая смазка должна быть химически совместима с материалом болтов и фланцев. Смазочное вещество также должно подходить для самых суровых условий эксплуатации.

Факторы, влияющие на величину крутящего момента:

• Номинальная мощность фланца
• Размер болта
• Тип прокладки
• Коэффициент трения смазочного материала

Крутящий момент T = kDF1000

T = крутящий момент в N-m

F = Болтовая нагрузка в N

D = диаметр болта в мм

или 

Крутящий момент, применяемый Т = kDF12

T = Крутящий момент в футах

F = Болтовая нагрузка в фунтах

D = диаметр болта в дюймах

k = Коэффициент гайки, коэффициент затяжки или k-значение

К-значение не является коэффициентом трения. Это эмпирически выведенный коэффициент корреляции.

Коэффициент гайки зависит от различных факторов, включая следующие:

• Геометрический фактор - форма или тип резьбы
• Трение между резьбой гаек и болтов
• Трение гайки о поверхность фланца
• Материал болта
• Диаметр болта
• Рабочая температура

Из-за ряда факторов, влияющих на прилагаемый крутящий момент, крепежам даже с одной и той же партии могут потребовать различные значения крутящего момента для достижения одного и того же предварительного натяга болта. Применяемый крутящий момент может варьироваться в пределах 20-30%.

Какую болтовую нагрузку требуется применять

Когда вы прикладываете крутящий момент к болту, крутящий момент в конечном итоге преобразуется в растягивающую нагрузку на болт.  Значение натяжения болта должно быть таким, чтобы оно находилось в пределах диапазона упругости, чтобы болт возвращался в исходное состояние после снятия натяжения.  По определению, испытательная нагрузка - это приложенная растягивающая нагрузка, которую крепежный элемент должен выдерживать без остаточной деформации.  Допустимая нагрузка на болт (F) по приведенному выше уравнению может варьироваться в пределах 40–75% от испытательной нагрузки.  Для этого требуется, чтобы целевое предварительное напряжение болта составляло около 40-75% от указанного минимального предела текучести материала.

Нагрузка на болт = 40-75% указанного минимального предела текучести x площадь растягивающего напряжения болта.

Мы знаем модуль упругости Y = StressStrain.

Если требуемый предварительный натяг болта составляет 70000 фунтов на квадратный дюйм, а значение Y для углеродистой стали составляет 29000 фунтов на квадратный дюйм, то деформация рассчитывается как

Напряжение ΔLL = 7000029000 ∗ 1000 = 0,0024 дюйма на дюйм

Таким образом, чем больше длина соединения, тем большее общее удлинение будет иметь место в болте для создания желаемого предварительного натяга.