德国螺栓VDI2230导则：紧固件知识领域的独门利器

作者：螺栓设计老张

导读：紧固件，确切地说螺栓，是人类文明得以发展至今的必不可少的利器。自从两千多年前螺栓出现到现在，凡是有工业化的地方就有机械，凡是有机械的地方就有螺栓。毋庸置疑，在工业领域，螺栓、轴承、非标件已经成为所有机械设备的细胞。在日生活中，螺栓的身影无处不见。但是，关于螺栓的知识以及学习资料却非常零散而且深奥，对紧固件熟悉的工程师都会有一个迫切的需求，那就是有没有一门学科或是一个软件，把紧固件的知识进行一个有条理的汇总。因此VDI2230顺势而生。

一、认识德国螺栓VDI2230导则

VDI是德国工程师协会简称，Verein Deutscher ingenieure, 而VDI2230是其提出的专门针对螺栓的研究的学科。VDI2230分为上下两册：上册，VDI2230-1主要研究单螺栓联接接头；而下册，VDI2230-2研究多螺栓接头按照不同的排布方式情况下，总的外载荷如何在各个接头上进行分配。

从研究的内容来看，单螺栓也就是VDI2230-1研究的内容占据99%的重点和难点， VDI2230-2是对VDI2230-1的补充。VDI2230的理论基础是数学和力学，微积分，理论力学，材料力学，弹性力学。以螺栓和被加紧件整体为研究对象，根据材料的线弹性变形特性和胡克定律进行变形和受力分析。以保证接头联接可靠和螺栓抵抗各种工况下各种失效形式的能不会发生为目标，通过五大安全系数来保证，通过计算合适的预紧力和预紧力矩来实现。

作为VDI2230的辅助手段，有时借助一些计算工具可以在VDI2230的某些计算步内快速地得到某些参数，但是类似于高等数学与计算器的关系，VDI2230是一门学科，而任何软件都仅仅是一个工具。VDI2230是从物理（力学）的角度出发，从根据上解决紧固件与被其夹紧的接头的受力表现问题，是独一无二的。

并且VDI2230考虑了方方面面的因素，包括设计、制造、安装、应用，更将这些影响因素有机地结合成为一套完整的、标准的计算流程。可以说是紧固件知识领域的独门利器。

二、VDI2230版本更新知识要点

VDI2230理论是一个逐渐完善的理论体系，到2020年已经数次版本升级，最近一次版本升级是在2015年。

主要更新内容：

1、TTJS载荷分配系数计算公式的修正。即ESV, TTJ联接情况下需要分子增加一项，包括了工作状态下的应力分析，（当此工作状态下的应力超出屈服极限或是预紧时超过了弹性极限）包括于最小预紧力或最小夹紧力对应的计算。

2、增加了由屈曲（失稳）引起的螺栓载荷的特例。

3、被联接件分界面间摩擦系数数值更加细化。（表A6，第115页，从DIN7190中直接引用，而DIN7190也是更新到最新的2017年2月的版本）

4、紧固方法更加多样化，紧固系数（力矩分散系数）值优化更新。（表A8，第114 页）5、材料特性信息（表A9）更新

5、包括螺纹旋合长度的计算（针对螺纹牙受剪力有剥离风险时）。

6、螺纹旋合有效长度增量的增加，并计算出与总旋合长度的差别。

7、典型零部件材料的剪切强度特性信息进一步扩充。（表6，第101页）更与螺栓、螺母、箱体螺纹孔制造工艺分类一致。

其它变化：

1、将由被加紧件部分脱开导致的螺栓应力增加量的近似计算方法移到附录D中。

2、在表A7（第117页）的初选螺栓过程中，涉及到工具影响因素的步骤中，加入了气动扳手这一选项。

3、表面喷涂及处理不适用于嵌入作用影响的计算方法，这一点给与明确。

4、增加了由于relaxation（松弛）作用引起的预紧力损失的更多的信息。

5、当有动态的横向外力作用于分界面时，推荐使用滑动摩擦系数来考虑预紧力。（滑动摩擦系数一般小于最大静摩擦系数，因此计算得到的需要的预紧力将会更大）

6、注明了计算载荷引入系数时延长套的作用需要考虑。

7、明确定义了梁状接头的形式。

8、定义了塑性阻力矩来进行强度分析，以把周围支撑部分材料的影响考虑进去。

9、对近似附加热载荷计算方法的使用加以限制。

10、对热处理之后再进行滚压的螺栓的有限寿命计算方法的修正。

11、增加了关于材料强度验证方法的内容。

12、清晰定义了通过旋转和直接拉伸两种预紧方法的区别。增加了液压预紧、无摩擦预紧、无力矩预紧的内容。

13、5.5.5.1节图36中，旋合长度选取指导中包括进了不考虑额外增量时所需旋合长度值。

14、更新、改进了一些关于计算和处理预紧力数值的内容。

15、算例内容的排布更新。

16、参考文献更新；印刷错误更正；章节重排；字母符号意义的解释放在正文前。

三、 VDI2230与其它标准的联合使用

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