目前，計(jì)算螺栓的擰緊扭矩主要有以下幾種方法：

1）VDI 2230標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法

VDI 2230標(biāo)準(zhǔn)是德國工程師學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)，是一個系統(tǒng)的介紹螺栓連接的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，它不僅僅被德國工程界使用，目前也廣泛的被各國工程界所接受。在中國工程界，目前也廣泛的使用該標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算和分析螺栓連接。它的主要一個好處是，很多參數(shù)都是通過相關(guān)尺寸和材料數(shù)據(jù)計(jì)算出來，很少采用一些經(jīng)驗(yàn)的方法。

2）GB/T 16823.2標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法

GB/T 16823.2標(biāo)準(zhǔn)等同于JIS B1083標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)對螺栓連接的擰緊扭矩計(jì)算方法進(jìn)行了說明，與VDI 2230標(biāo)準(zhǔn)是非常類似，兩者的主要區(qū)別是VDI 2230計(jì)算螺栓預(yù)緊力時候采用了全塑性屈服的算法，也就是說只有當(dāng)螺栓的中心軸線處的應(yīng)力達(dá)到屈服時候，才認(rèn)為是螺栓達(dá)到了屈服，而GB/T 16823.2標(biāo)準(zhǔn)則認(rèn)為只要螺栓的桿部最外層達(dá)到了屈服，就說明螺栓是達(dá)到了屈服狀態(tài)。這是兩者的一個主要差異點(diǎn)。

3）QC/T 518標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法

該標(biāo)準(zhǔn)與GB/T 16823.2標(biāo)準(zhǔn)比較接近，但是，標(biāo)準(zhǔn)中直接給出了最大預(yù)緊力的數(shù)值，但是最大預(yù)緊力的數(shù)值是比GB/T 16823.2標(biāo)準(zhǔn)中同樣摩擦系數(shù)情況下的預(yù)緊力要小約10%。其他擰緊扭矩的計(jì)算公式等與GB/T 16823.2標(biāo)準(zhǔn)是基本一致。

4）機(jī)械設(shè)計(jì)或機(jī)械設(shè)計(jì)手冊計(jì)算方法

機(jī)械設(shè)計(jì)中明確：在實(shí)用上，絕大多數(shù)螺紋聯(lián)接在裝配時都必須擰緊，使聯(lián)接在承受工作載荷之前，預(yù)先受到力的作用。這個預(yù)加作用力稱為預(yù)緊力。預(yù)緊的目的在于增強(qiáng)聯(lián)接的可靠性和緊密性，以防止受載后被聯(lián)接件間出現(xiàn)縫隙或發(fā)生相對滑移。

經(jīng)驗(yàn)證明：適當(dāng)選用較大的預(yù)緊力對螺紋聯(lián)接的可靠性以及聯(lián)接件的疲勞強(qiáng)度都是有利的，特別對于像氣缸蓋、管路凸緣、齒輪箱、軸承蓋等緊密性要求較高的螺紋聯(lián)接，預(yù)緊更為重要。

但過大的預(yù)緊力會導(dǎo)致整個聯(lián)接的結(jié)構(gòu)尺寸增大，也會使聯(lián)接件在裝配或偶然過載時被拉斷。因此，為了保證聯(lián)接所需要的預(yù)緊力，又不使螺紋聯(lián)接件過載，對重要的螺紋聯(lián)接，在裝配時要控制預(yù)緊力。

通常規(guī)定，擰緊后螺紋聯(lián)接件的預(yù)緊應(yīng)力不得超過其材料的屈服極限σs的80%。對于一般聯(lián)接用的鋼制螺栓聯(lián)接的預(yù)緊力F0，推薦按下列關(guān)系確定：

碳素鋼螺栓 F0≤(0.6~0.7)σsA1 

合金鋼螺栓 F0≤(0.5~0.6)σsA1

式中：σs——螺栓材料的屈服極限；

A1——螺栓危險截面的面積，A1=πd1²/4。

預(yù)緊力的具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)載荷性質(zhì)、聯(lián)接剛度等具體工作條件確定。

對于重要的或有特殊要求的螺栓聯(lián)接，預(yù)緊力的數(shù)值應(yīng)在裝配圖上作為技術(shù)條件注明，以便在裝配時加以保證。

受變載荷的螺栓聯(lián)接的預(yù)緊力應(yīng)比受靜載荷的要大些。

以上就是機(jī)械設(shè)計(jì)中對螺栓預(yù)緊力的一個說明，從中可以看出，預(yù)緊力對于螺栓連接是非常中重要的，而且指出了螺栓連接受到交變載荷螺栓的預(yù)緊力反而應(yīng)該比受到靜載荷還要大一些。

接下來，我們就重點(diǎn)對機(jī)械設(shè)計(jì)中的這個預(yù)緊力經(jīng)驗(yàn)范圍和擰緊扭矩的確定方法進(jìn)行詳細(xì)的說明。

機(jī)械設(shè)計(jì)中給出了螺栓預(yù)緊力的建議范圍：

擰緊后螺紋聯(lián)接件的預(yù)緊應(yīng)力不得超過其材料的屈服極限σs的80%。對于一般聯(lián)接用的鋼制螺栓聯(lián)接的預(yù)緊力F0，推薦按下列關(guān)系確定：

碳素鋼螺栓 F0≤(0.6~0.7)σsA1 

合金鋼螺栓 F0≤(0.5~0.6)σsA1

我們都知道螺栓預(yù)緊主要是扭矩法擰緊的方式預(yù)緊，當(dāng)然也有部分場合采用液壓拉伸器的方式。扭矩法擰緊就是螺栓預(yù)緊時候不僅僅受到拉應(yīng)力作用，螺栓還會受到扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力的作用，在拉應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力的綜合作用下，螺栓只要達(dá)到了屈服強(qiáng)度就會產(chǎn)生屈服，這個拉應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力的綜合作用就是不能超過螺栓的屈服強(qiáng)度。

螺栓擰緊時候最小截面上的拉應(yīng)力為：

d1可以認(rèn)為是螺栓的最小截面積，一般是螺紋處截面積最小，也就是應(yīng)力截面積As的直徑。

最小截面的扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力為：

對于M10~M64粗牙普通螺紋的鋼制螺栓，螺紋升角ψ=1°42′~3°2′；螺紋中徑d?≈0.9d；螺旋副的當(dāng)量摩擦角φv≈arctan 1.155f（f為摩擦系數(shù)，無潤滑時f≈0.1~0.2）；螺栓孔直徑d?≈1.1d；螺母環(huán)形支承面的外徑D?≈1.5d；螺母與支承面間的摩擦系數(shù)f?=0.15。

因此，對于M10~M64普通螺紋的鋼制螺栓，f=0.15時候，可取 tan φv≈0.17，d2/d1=1.04~1.08，tan φ≈0.05，由此可得：

τ≈0.5σ

由于螺栓材料是塑性的，故可根據(jù)第四強(qiáng)度理論，求出螺栓預(yù)緊狀態(tài)下的計(jì)算應(yīng)力為：

由此可見，對于M10~M64普通螺紋的鋼制緊螺栓聯(lián)接，在擰緊時雖是同時承受拉伸和扭轉(zhuǎn)的聯(lián)合作用，但在計(jì)算時可以只按拉伸強(qiáng)度計(jì)算，并將所受的拉力（預(yù)緊力）增大30%來考慮扭轉(zhuǎn)的影響，這樣就能夠得出拉應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力共同作用下的綜合應(yīng)力。

所以，螺栓的綜合應(yīng)力應(yīng)小于等于螺栓的屈服強(qiáng)度，也就是：

需要記住，上述是在螺紋摩擦系數(shù)和支撐面摩擦系數(shù)約為0.15情況下的計(jì)算結(jié)果，如果是其他摩擦系數(shù)值，該結(jié)果會有一些變動。該處也說明了，采用機(jī)械設(shè)計(jì)的方法，往往是一個定值，需要有一些經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。