预紧力

机械建筑术语

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

K:拧紧力系数 d：螺纹公称直径

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。

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