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常用的紧固件——螺栓,他的扭力是如何衰减的?

2025-03-22
1、为什么使用螺栓?
2、拧紧基本术语与原理
3、动态扭矩及静态扭矩
4、扭力衰减



1、为什么使用螺栓?


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•装配简单
•拆卸方便
•效率高
•成本低

2、拧紧基本术语与原理

2.1 拧紧及其原理

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。

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2.2 如何拧紧螺栓-扭矩
为了拧紧螺栓, 必须施加力以便拧紧螺母/螺丝
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扭矩(T)=力(F)×力臂(L)

2.3 螺栓连接件中的力

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•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

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90%的扭矩被摩擦力消耗

• 只有10%的扭矩转化为夹紧力


5-4-1原则

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• 90%的扭矩被摩擦力消耗

• 只有10%的扭矩转化为夹紧力

夹紧力与摩擦力的关系与影响

通常的情况

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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

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3、动态扭矩及静态扭矩

3.1 动态、静态扭矩的定义

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4、扭力衰减

4.1 扭矩衰减的定义
扭矩衰减:拧紧工作完毕后发生在紧固件上的扭矩降低现象即为扭矩衰减,衰减后的扭矩低于目标值但较为稳定,一般在拧紧操作完成后的30ms内会完成60%以上的扭矩衰减。
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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。

4.2 扭力衰减的测量流程
静态扭矩会随着时间的推移而衰减(即夹紧力衰减),被紧固件为非金属时尤为明显,而影响静态扭矩的因素较多,与夹紧力之间的线性关系不明显,因此不能通过静态扭矩的值来计算出衰减后的夹紧力,只能通过专业的实验设备来确定衰减后的夹紧力,从而找到紧固特定产品状态下夹紧力与静态扭矩的对应关系,而后静态扭矩可以用来监控生产过程的稳定性。
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4.3 静态扭力的测量方法
•方法1 咔哒扳手法(只能作为产品复检手段)
•方法2 返松法
•方法3 标记法
•方法4 拧紧法(T)
•方法5 move on 法(用小角度(2-4度)反推所需扭矩)
•方法6 瞬时松动法(break away)(atlas专利)


•方法1 咔哒扳手法(只能作为产品复检手段)
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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

•方法3 标记法

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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4 拧紧法(T)

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•方法5 move on 法

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•方法6 瞬时松动法

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•方法6 瞬时松动法(Break away)操作步骤
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4.4 扭力衰减的影响因素
扭矩衰减的影响因素很多,如扭矩衰减已导致连接失效,不满足产品要求时,应从设计和工艺角度进行分析、改进。
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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

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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

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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:

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

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

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对称零件:从对角开始紧固,如方形、圆形件

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多孔零件的紧固:从中向四周对称发散进行


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