拧螺栓学问

作为机械零件 ，螺栓在日常生活和工业生产制造当中，是少不了的，螺栓也被称为工业之米，可见螺栓的运用之广泛。

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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：

•     F m= T/ (0.16P + (μg * 0.58 * d 2 ) + ((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

d 2 = 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地体会到： 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。

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

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

此时螺纹副摩擦系数增加，有可能扭矩合格后夹紧力不足。

其他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。

 

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。

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。

轴向拉力/轴向拉伸量：

 

螺母/螺纹副的机械强度测试，如下图示意：

实验载荷一般在抗拉强度的88%~94%； 持续载荷15s； 需确保螺杆没有永久变形； 15s后手动可以将螺纹旋出，则表示螺母/螺纹副强度合格。

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