常用的紧固件——螺栓,他的扭力是如何衰减的?
今天我们来聊一聊螺栓的扭力是如何衰减的,从使用螺栓的原因、螺栓拧紧原理、动态扭矩、静态扭矩和扭力衰减等方面来探讨。
1、为什么使用螺栓?
2、拧紧基本术语与原理
拧紧原理
螺栓插入被连接件,利用螺母或内螺纹拧紧使螺栓拉伸变形,这种弹性变形产生了轴向的拉力,将被夹零件挤压在了一起,称为预紧力。
理论上,只要产生了足够的夹紧力,完全可以保证被夹零件在震动、高低温等恶劣环境下安全工作,而不必使用涂胶等辅助方法。


2.3 螺栓连接件中的力

•旋转螺母或螺丝使螺杆受力伸长;
•螺杆伸长产生的夹紧力把连接件夹紧;
•我们需要的是连接件中的夹紧力。


• 90%的扭矩被摩擦力消耗;
• 只有10%的扭矩转化为夹紧力。

螺纹连接状态的分类
定义来源:ISO5393“螺纹紧固件用旋转式气动装配工具性能试验方法”
(国标对应版本为GB/T26547-2011)。
A. 硬连接:到达贴合点后,旋转30°以内达到目标扭矩;
B. 软连接:到达贴合点后,旋转720°(2 圈)以上达到目标扭矩;
C. 中性连接:到达贴合点后,旋转内30°-720°(2 圈内)达到目标扭矩
扭矩的过扭程度受连接件硬度以及工具转速影响。
影响夹紧力的因素

3、动态扭矩及静态扭矩
3.1 动态、静态扭矩的定义

4、扭力衰减

对于任何连接,随着时间的推移,都会有一定程度的扭矩衰减,一般发生在以下两种情况中:
1、粗糙的表面配合时造成的衰减;
2、软连接中的扭矩衰减。


咔哒扳手:只能检测扭矩过低(通常设为扭矩下限的90%)无法准确检测静态扭矩。
因其操作简单,目前生产过程中运用比较多的方法。

用于:拧紧完成有一段时间,螺栓上的锈蚀或其他原因而导致静态扭矩增加(较少在汽车工业上应用)。

方法5 move on 法





影响因素举例说明:
1、被装配件的表面粗糙度:材料的变形——局部嵌入。


应对策略:尽量避免部件的表面粗糙度过大。
2、弹性连接材料:尤其是塑料或密封件。
应对策略:
降低最终拧紧的速度;
分步拧紧—如分步骤设置目;
标扭矩60%—80%—100%;
使用拧紧(如至目标扭矩80%)+反松+最终拧紧的方法。
3、过快的装配速度、不合理的装配动作
应对策略:
1)降低最终拧紧的速度分步拧紧—如分步骤设置目标扭矩60%—80%—100%;
2)使用拧(如至目标扭矩80%)+反松+最终拧紧的方法:
①选用合适的工具;
②多轴同步拧紧;
③拧紧的次序。
螺纹联接时紧固力和紧固顺序相当重要,如紧固力与紧固顺序配合不当,表面看起来螺纹其实都以紧固完成,实质上螺纹在经过震动、冲击和交变运动后,很快就会松动。所以在成组螺钉、螺母紧固时,一定按正确的紧固顺序逐次(一般两三次)拧紧螺母。一般第一次紧固力为25%,第二次紧固力为50%,第三次紧固力为。
下图为各种联接件的紧固顺序:
长条形零件:从中间开始向两边紧固,防止零件变形。

对称零件:从对角开始紧固,如方形、圆形件。




4、其他:如装配过程中的温度(复杂)。

应对策略:
•避免不合理的摩擦;
•避免热膨胀系数不同/相差过大。
4.5 扭矩衰减的改善措施
影响扭矩衰减的因素很多,针对不同的扭矩衰减形式改善措施也不尽相同,综合以上内容,从工艺和设计角度去考虑扭矩衰减的常见改善措施归纳如下,当然,改善措施不局限于以下内容。
设计角度
1.表面粗糙度
表面粗糙度越小,材料表面越光滑,在拧紧后扭矩衰减越小。
2.材料硬度
提高材料硬度,材料表面互相之间嵌入越困难,扭矩衰减也越小。
3.弹性材料
塑料或橡胶等,尽量少采用,如必须采用,应制定周全的拧紧策略,以保证衰减后的夹紧力满足产品要求。
4.螺栓选择
细牙螺栓相比粗牙螺栓螺距更小,螺纹升角也小,在使用中不容易松动,因此采用细牙螺栓扭矩衰减会较粗牙低。
工艺角度
1.拧紧策略
改变拧紧策略,两步拧紧或多步拧紧,在拧紧过程中停顿50ms可释放弹性应变,降低衰减。
2.拧紧速度
当工件被压紧后,毛刺在较大的夹紧力下变形, “变短”夹紧力下降,残余扭矩同步下降拧紧速度越快,毛刺的初始变形越小,残余扭矩下降越多,因此,降低拧紧速度可以降低扭矩衰减。
3.拧紧顺序
把单轴拧紧改成几轴同时拧紧,可降低扭矩衰减;或者采取单轴多步逐渐拧紧到目标扭矩,也可以降低扭矩衰减。
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