原来拧个螺栓,也有这么多学问

螺栓:机械零件,配用螺母的圆柱形带螺纹的紧固件。由头部和螺杆(带有外螺纹的圆柱体)两部分组成的一类紧固件,需与螺母配合,用于紧固连接两个带有通孔的零件。
这种连接形式称螺栓连接。如把螺母从螺栓上旋下,又可以使这两个零件分开,故螺栓连接是属于可拆卸连接。下面我们就来讲讲,关于螺栓拧紧技术!
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拧紧中的扭矩分配
拧紧一颗螺栓,需要施加一定扭矩旋转一定角度后才可以完成,这部分的扭矩+角度所做功最终转为三个部分:
1,螺栓头下摩擦力消耗 
2,螺纹副摩擦力消耗 
3,产生预紧力
这个也可以根据以下公式得出:
•    Fm= T/ (0.16P + (μg * 0.58 * d2) + ((Dkm/2) * μk))
•   预紧力    螺纹副        螺栓头下
•       定义Definitions
Fm = 夹紧力clamping force
P = 螺距pitch of thread
μg = 螺纹副摩擦系数friction value in thread
d2 = 螺栓直径diameter bolt
Dkm = 螺栓头表面尺寸 size of surface bolt (nut)-head
Dkm = (dw + dh)/2
μk = 螺栓头表面摩擦系数fricition value surface bolt-head
一般而言,这三者的比例在10%,40%以及50%,这部分能量的消耗很容易直观的体会到:10%的夹紧力做功体现在螺栓的被拉伸,40%和50%体现了螺纹副以及螺栓头下拧紧后摩擦力导致的发热。
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螺栓的初始设计是按照如上图的比例来分配三者关系的,如果实际的过程中改变了三者的比例关系,会出现扭矩“合格”,夹紧力不合格的情况。
典型情况1
螺纹副被额外润滑
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此时螺纹副摩擦系数降低,摩擦力矩变小,施加的扭矩“转移”给夹紧力,后果有可能是:螺栓拉断或者工件变形。
典型情况2
螺栓生锈或者螺纹副有油漆
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此时螺纹副摩擦系数增加,有可能扭矩合格后夹紧力不足。
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其它改变摩擦系数的常见情况有:
涂层材料改变,涂层厚度变化,螺栓/螺钉公差,与螺帽旋转接触面摩擦系数,工具转速,垫片增加/减少等。
拧紧技术中的螺栓螺母知识
螺栓拧紧是装配环节的重要环节,螺栓/螺母在产品寿命周期内必须稳定连接,否则有可能造成严重的质量事故,因为螺栓/螺母失效而导致的安全事故时有发生。
螺栓/螺母的失效方式有以下几种:
1. 强度不足
螺栓常见强度等级如下,如果螺栓制造商供应的螺栓不能满足对应的强度要求,螺栓连接的安全性也无法得到保障。
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2. 螺纹副强度不足
按照ISO898要求,与螺栓配合的螺纹副/螺母强度要与螺栓本身强度相匹配,比如螺栓强度为10.9的螺栓,应采用强度为10的螺母。
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3. 螺纹副高度
同样根据ISO898要求,螺母或者有效螺纹连接高度一般大于公称直径D的0.8以上,比如M10的螺栓与之匹配的螺母高度不得低于8mm。
螺栓/螺母机械强度测试
螺栓/螺母机械强度的测试方法很多,比较权威的方法是依据ISO898-1以及ISO898-2,对于螺栓的机械抗拉强度测试方法如下:固定螺栓两端,通过万能材料试验机产生轴向拉力,通过轴向拉力/轴向拉伸量获得螺栓的机械性能指标。
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轴向拉力/轴向拉伸量
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螺母/螺纹副的机械强度测试,如下图示意:
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1. 实验载荷一般在抗拉强度的88%-94%之间
2. 持续载荷15S
3. 需确保螺杆没有永久变形
4. 15S后手动可以将螺纹旋出,则表示螺母/螺纹副强度合格

资料来源于网络

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