断路器中钣金螺纹非标螺母锁紧力矩设计计算

一：强度理论计算及破坏形式分析

螺钉，螺母的联接破坏形式有2种，一种是螺钉拉断，一种是螺母滑牙。最终何种破坏形式发生，取决于螺杆和螺母各自的强度。

螺钉断裂是拉应力超过了螺钉的强度极限，螺钉的拉应力计算公式： 拉力 / 螺钉内径的截面积= 拉应力

下表是各个性能等级的螺钉的抗拉应力强度表：其中常用4.8级螺钉抗拉强度 400MPa, 8.8级螺钉抗拉强度 800MPa

螺母滑牙是因为螺母中螺牙被剪切所致，强度计算是： 拉力 / （螺母大经的周长 * 螺纹的配合高度）= 剪应力

电器中较多运用钣金类螺母，钢铁，有色金属，塑料类材料螺母均有，在和钢类螺钉紧固时候，螺母是弱项极易发生滑牙。

二：紧固力矩的计算：

2.1 计算法：紧固力矩T 用于克服螺牙间摩擦力矩T1 和支撑面与螺钉帽头或螺母间的摩擦力矩T2， 其计算公式: T = T1 + T 2

简化为： T=0.2*M *(Q*0.6安全系数)

Q: 预紧力或危险截面剪力； M: 螺纹公称数值；

《机械设计手册》第二卷 5-70 页

在常态的标准件螺钉配合中，螺钉螺母的破坏形式是螺钉拉断，这是因为在螺杆的拉应力先与螺母的剪应力达到强度极限。

在电器众多的螺纹联接中，弱项可能是各式异型板螺母，因此，紧固力矩的设定需要计算确定破坏形式并选择拧紧力矩。

2.2 实验法：选择12组联接件进行试验，紧固至失效，记录下破坏扭矩值，并计算出平均破坏扭矩值，最后取这平均破坏扭矩值的60%作为理性的拧紧力矩标定。

2.3 计算是基础，在计算的基础上，需要对选定的紧固力矩进行小批量的试验，金属材料联接5次以上不能出现联接破坏，绝缘材料需要10次以上不能出现破坏。

2.5 电器类非标螺钉螺母组合联接件拧紧力矩设计计算示例：

图示为某电气联接，由T2板翻孔成型，攻丝M5，板厚2.5，翻孔后总高4.0；螺钉是内花8.8级组合件；

查阅资料，铜板分软态，硬态，综合其 剪切强度 τ=160MPa; 抗拉强度 σ=200 MPa; M5小径是4.13；翻孔高度4，

取螺母的破坏形式，剪切面积为小径周长乘以翻孔的高度；S=3.144.13 4 = 52 mm2

剪力 Q=τ * 剪切面积= 160*52=8320 N

拧紧力矩 T = 0.2*M*0.6*Q = 0.2*5*0.6*8320=5000 N*mm = 5 N*m

查表 4.1.2 表中 显示为 4.7 N*m; 表明 此处连接的危险面是螺杆，不是螺母剪切滑牙，因此选择 4.7N*m 作为初步设计拧紧力矩；

以上计算是完全的理论计算，需要考虑加工过程中的影响；

其一： 翻孔的高度理论是4，实际中上下两头不能形成有效的螺纹，平面端有塌角和凸起端有开裂，保守计算配合高度选: 3

其二： 螺母和螺杆的制造误差中经不能紧密贴合，对螺母形成断续剪切，承载下降，保守计算拧紧力矩值上乘0.7系数；

经过以上修正，代入重新计算：Q=160*3.14*4.13*3=6224N ;

T = 0.2*5*0.6Q*0.7=2.5 N*m

实验确认：在实际操作中，我们先按照4N*m 对联接处进行了10组 10次的紧固实验，出现2组，在7次左右紧固时出现滑牙，随后降到3N*m进行同样实验，全部合格。