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1、螺栓螺母拧紧基础知识 螺栓螺母拧紧基础知识 螺栓螺母拧紧基础知识 什么是螺纹紧固件 ? 螺栓的伸长: l 被连接件的压缩: s 在不损坏螺栓情况下， 能够提供的最 大夹紧力是什么？ 在不损坏被连接件的情况下， 能够容 许的最大夹紧力是什么？ 该如何选择拧紧的扭矩和角度？ Diagram 1 : Threaded joint with bolt and nut 螺栓螺母拧紧基础知识 Foto 1 : Result from tensile test “以铝的工程应力（）与应变（） 曲线为例 1. 最大强度 2. 屈服强度 3. 比例应力 4. 断裂强度 5. 应变偏移(典型点:0.2%) = F
2、/s0 = L/L0 Diagram 2 : Tensile test 1 Diagram 3 : Test part for tensile test 螺栓螺母拧紧基础知识 Diagram 4 : Tensile test 2 螺栓螺母拧紧基础知识 Diagram 5 : Tensile test 2 不同材料的特性: 拉伸强度 最大表面压力 弹性模量 0.2% 屈服应力 热膨胀系数 螺栓螺母拧紧基础知识 Table 1 : Material characteristics 螺栓螺母拧紧基础知识 Table 2 : Material characteristics 螺栓螺母拧紧基础知识 上图
3、中， 我们使用角度控制，30Nm +180拧紧M10的螺栓 黑色曲线显示总扭矩 红色曲线显示夹紧力 Diagram 6 : Bolt assembling Angle Control LoHi Hi 螺栓螺母拧紧基础知识 角度控制拧紧方法的优点: - 和扭矩控制拧紧法相比， 夹紧力的散差小； - 如果螺栓有足够长的变形长度， 可以依照所需的最 小夹紧力值来选择目标夹紧力。不会发生螺栓的过载 现象 螺栓得到了充分的应用， 属于超弹性拧紧； 角度控制拧紧方法的缺点: - 不是对所有螺栓适用：尤其对于短螺栓以及短自由 螺纹的螺栓不适用； - 会造成被连接件表面的高压力，大的螺栓拧入长度 以及大的旋转
4、角度，在选择螺栓材料、螺栓头尺寸和 镀层及润滑时， 必须要考虑到这些情况； Diagram 7 : Changing of clamp force by starting angle 螺栓螺母拧紧基础知识 扭矩控制拧紧 应用最广泛的拧紧方法； 上图中显示了，在第一步拧紧中， 使用目标扭矩的10%30%作为切断值，这一阶段使用 高转速来达到螺栓的贴合， 节约拧紧的时间； 然后经过短时间的暂停后（如0.5s)，拧紧轴以一个小的转速（如20rpm）来拧紧直至目标 扭矩； Hi Lo Diagram 8 : Bolt assembling Torque Control Hi t/Ang 螺栓螺母拧紧基
5、础知识 Diagram 9 : Bolt assembling Torque Control angle / 螺栓螺母拧紧基础知识 扭矩控制拧紧的优点： - 易于实现； -扭矩易于被测量；因此可以使用简单的工具； Diagram 10 : Clamp force scattering friction influence 扭矩控制拧紧的缺点: - 由于不同的摩擦系数和使用工具的各自特性， 会 导致夹紧力的散差较大； - 螺栓必须在弹性范围内使用. - 螺栓螺母拧紧基础知识 Diagram 11 屈服点控制，以Rp0.2 为限 Diagram 12 : 屈服点拧紧控制方法 螺栓螺母拧紧基础知识
6、屈服点拧紧控制方法的优点： 装配后紧固件夹紧力的散差仅来自于： - 螺栓强度等级的变化 - 螺纹摩擦系数的变化（支撑面的摩擦系数对于该夹紧力无影响） 和扭矩拧紧控制方法相比， 螺栓摩擦系数对于夹紧力的影响要小的多； 不会发生螺栓的过载现象，会在材料极限之前就切断拧紧 即使螺栓的夹紧长度很短， 也可以使用该方法； 螺栓仍然可以重复使用， 因为限制在Rp0.2, 则意味着塑性变形仅仅有0.2% 可以充分利用螺栓的性能. 屈服点拧紧控制方法的缺点： 拧紧和测量系统成本高； 必须确保I螺栓是连接件中的最薄弱部件； 否则就有可能导致被夹紧部件的损坏，而由于被 夹紧部件损坏， 同样会出现斜率下降的点， 导
7、致系统误判达到屈服； 在切断之前，扭矩转角曲线必须是直线， 如果有任何的松弛， 都会被误判为屈服而停机； 在到达屈服之前， 摩擦系数必须近似于恒定值； 螺栓螺母拧紧基础知识 Clamp Force F Tth th Legend : p - 螺距 d2 - 螺纹中径 Db - 支撑面中径 D - 公称直径 T - 总扭矩 Tb - 支撑面扭矩 Tth - 螺纹扭矩 F - 夹紧力 K - 拧紧系数 b - 支撑面摩擦 th - 螺纹摩擦 Clamping length Total Torque T Tb b T / F 0,159 p 0,578 d2 + Db/ 2 0,578 d2 K =
8、 - 摩擦系数计算公式 2 Tb Db F F D -bearing = - T -total = - - -thread = - Tth/ F 0,159 p 例如: M12的螺栓， 100Nm拧紧: = 0,08:夹紧力= 71 kN = 0,14:夹紧力= 44 kN (降低了38% ) Diagram 13 : Relation of torque and clamp force 螺栓螺母拧紧基础知识 当螺栓的摩擦系数确定后， 依照ISO 16047标准， 拧紧的目标扭矩不得超过螺栓屈服载荷的 75%； 从拉伸测试我们可以得到拉伸的最大强度Rm=Fm (l拉伸时的最大力）/ S0（认为
9、在颈缩前材料 横截面积恒定） ；. 假设螺栓目前没有光杆部分， 全部是螺纹部分， 这样应力面积为As, As计算公式如下： : F75%= 0.75 Rm As Rm: 材料拉伸强度 N/mm F75%: 目标夹紧力ISO 16047 As: 拉身段应力面积mm 螺栓的屈服载荷和应力面积 目标扭矩为 M12的螺栓, 10.9级, 全螺纹，从下页的表3查出： : As = 84.3 mm. 从ISO 898-1 : 查出螺纹拉伸应力强度= 830 N/mm : Fm= 830 N/mm 84,3 mm = 70 kN and F75%= 0.75 70 kN = 52.5 kN Diagram
10、14 : Calculate the tensile strength 螺栓螺母拧紧基础知识 Table 3 : Ultimate tensile load - bolts Lubrication 螺栓螺母拧紧基础知识 Table 4 :Friction coefficients / combined materials 润滑： 润滑的目的是设定一个稳定、可控制的摩擦系 数； 此外， 润滑还可起到其他作用(如抗腐蚀、光学 特性等）. VDA 235-101/ DIN 946 / DIN EN ISO 16047 依照VDA 235-101, 润滑后总摩擦系数 建议 控制在 0.09 0.14
11、（局部摩擦系数控制在 0.080.16之间） 螺栓摩擦系数的控制更多请参考DIN 946 and DIN EN ISO 16047 螺栓螺母拧紧基础知识 Table 6 Friction coefficients / combined materials Table 5 不同材料大致的摩擦系数范围 螺栓螺母拧紧基础知识 影响摩擦系数的因素-（同样也是考虑如何选择润滑的依据） 主要取决于以下因素 螺栓的镀层：镀层的类型， 厚度等； 支撑面: 硬（如特殊硬化的钢），中（如汽车钢板），软（如铝） 是否有KTL涂层 uncoated / KTL-coated) 螺栓头下支撑: /凹轴承表面，法兰直径等
12、. 螺母螺纹: 镀层/未镀层， 卷螺母等； . 其他条件：温度，湿度，拧紧转速，接触表面等； 螺栓螺母拧紧基础知识 Table 7 : 防腐蚀 螺栓螺母拧紧基础知识 对比普通拉伸试验和螺栓拧紧的区别 在螺栓上， 不仅仅有拉伸的轴向力， 还有附加的扭矩（由于螺纹摩擦引起），因此螺栓处于 双应力作用状态下：拉伸和扭转应力； 因此， 螺栓的极限值和拉伸试样的极限值是不一样的， 同样的材料， 螺栓的极限值要低于拉 伸试样的极限值； 在考虑这两种应力的情况下， 我们引入等效应力概念， 以便将螺栓看做一个简单的拉伸； = F / As = Tth / Wto= Tth / ( ds / 16) ds =
13、(d2+ d3) / 2 vM = ( + 3 ) 如果我们想要使用螺栓屈服点的 90% 时, zul= 0.9 Re 为了避免过载，因此要求等效应力: vM zul 螺栓螺母拧紧基础知识 通过下面力的三角形分布，我们来进一步理解螺栓中载荷的分布情况 Diagram 15 : Joint diagram 螺栓螺母拧紧基础知识 Diagram 16 : Elongation and compression in a joint 螺栓和被连接件可以看做不同的弹簧件： 曲线的斜率取决于几何形状和材料特性 将被夹紧部分的曲线镜像，向右移动到螺 栓曲线的同一个象限，我们得到了下面的 力的三角形 Diagram 17 : Mirror the curve of clamped parts Diagram 18 : Final joint diagram FA轴向载荷，指向螺栓轴线 FM- 安装预紧力 FS 螺栓载荷 FKR 在使用中以FPA加元或卸载时以及嵌 入之后分界面的参与夹紧载荷 FSA 轴向增加的螺栓载荷 FPA 附加板载荷 fSM- FM作用下螺栓伸长量 fPM- FM作用下被夹紧零件的收缩量 fSA- FSA作用下，螺栓的伸长量 fPA- FPA作用下， 被夹紧零件的线性弹性 变形 螺栓螺母拧紧基础知识 感谢您的关注
