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1、关于螺纹紧固件扭拉关系试验方法第1页，讲稿共45张，创作于星期三 在螺纹紧固件的使用中应用的较广泛的是螺栓螺母在螺纹紧固件的使用中应用的较广泛的是螺栓螺母连接副的形式，应用的较多的是有预紧力的连接方式，预连接副的形式，应用的较多的是有预紧力的连接方式，预紧力的连接可以提高螺栓连接的可靠性、防松能力及螺栓紧力的连接可以提高螺栓连接的可靠性、防松能力及螺栓的疲劳强度，并且能增强螺纹连接体的紧密性和刚度。在的疲劳强度，并且能增强螺纹连接体的紧密性和刚度。在螺纹紧固件的连接使用中，没有预紧力或预紧力不够时，螺纹紧固件的连接使用中，没有预紧力或预紧力不够时，起不到真正的连接作用，一般称之为欠拧；但过高的
2、预紧起不到真正的连接作用，一般称之为欠拧；但过高的预紧力或者不可避免的超拧也会导致螺纹连接的失败。众所周力或者不可避免的超拧也会导致螺纹连接的失败。众所周知，螺纹连接的可靠性是由预紧力来设计和判断的，但是，知，螺纹连接的可靠性是由预紧力来设计和判断的，但是，除在实验室可以测量外，在装配现场一般是不易直观的测除在实验室可以测量外，在装配现场一般是不易直观的测量。螺纹紧固件的预紧力则多是采用力矩或转角的手段来量。螺纹紧固件的预紧力则多是采用力矩或转角的手段来达到的。因此，当设计确定了预紧力之后，安装时采用何达到的。因此，当设计确定了预紧力之后，安装时采用何种控制方法？如何规定拧紧力矩的指标？则成为
3、关键重要种控制方法？如何规定拧紧力矩的指标？则成为关键重要问题，这就提出来了螺纹紧固件扭（矩）拉（力）关系问题，这就提出来了螺纹紧固件扭（矩）拉（力）关系的研究课题。的研究课题。第2页，讲稿共45张，创作于星期三 螺纹紧固件扭拉关系，不仅涉及到扭矩系数、摩擦系数螺纹紧固件扭拉关系，不仅涉及到扭矩系数、摩擦系数螺纹紧固件扭拉关系，不仅涉及到扭矩系数、摩擦系数螺纹紧固件扭拉关系，不仅涉及到扭矩系数、摩擦系数（含螺纹摩擦系数和支撑面摩擦系数）、屈服紧固轴力、屈服（含螺纹摩擦系数和支撑面摩擦系数）、屈服紧固轴力、屈服（含螺纹摩擦系数和支撑面摩擦系数）、屈服紧固轴力、屈服（含螺纹摩擦系数和支撑面摩擦系数
4、）、屈服紧固轴力、屈服紧固扭矩和极限紧固轴力等以一系列螺纹连接副的紧固特性的紧固扭矩和极限紧固轴力等以一系列螺纹连接副的紧固特性的紧固扭矩和极限紧固轴力等以一系列螺纹连接副的紧固特性的紧固扭矩和极限紧固轴力等以一系列螺纹连接副的紧固特性的测试及计算方法，还涉及到螺纹紧固件的应力截面积和承载面测试及计算方法，还涉及到螺纹紧固件的应力截面积和承载面测试及计算方法，还涉及到螺纹紧固件的应力截面积和承载面测试及计算方法，还涉及到螺纹紧固件的应力截面积和承载面积的计算方法等基础的术语、符号的规定。并且也还必须给出积的计算方法等基础的术语、符号的规定。并且也还必须给出积的计算方法等基础的术语、符号的规定。
5、并且也还必须给出积的计算方法等基础的术语、符号的规定。并且也还必须给出螺纹紧固件紧固的基本规则、主要关系式以及典型的拧紧方法。螺纹紧固件紧固的基本规则、主要关系式以及典型的拧紧方法。螺纹紧固件紧固的基本规则、主要关系式以及典型的拧紧方法。螺纹紧固件紧固的基本规则、主要关系式以及典型的拧紧方法。目前，目前，目前，目前，20012001年年年年1212月月月月6 6日国际标准化组织提出了日国际标准化组织提出了日国际标准化组织提出了日国际标准化组织提出了ISO16047ISO16047：2001“2001“紧固件摩擦系数试紧固件摩擦系数试紧固件摩擦系数试紧固件摩擦系数试”标准德初稿，德国工程师协会早
6、标准德初稿，德国工程师协会早标准德初稿，德国工程师协会早标准德初稿，德国工程师协会早在七十年代就发表了在七十年代就发表了在七十年代就发表了在七十年代就发表了DVI2230DVI2230高强度螺栓连接的系统计高强度螺栓连接的系统计高强度螺栓连接的系统计高强度螺栓连接的系统计算算算算技术准则。美国汽车工程师协会制订了技术准则。美国汽车工程师协会制订了技术准则。美国汽车工程师协会制订了技术准则。美国汽车工程师协会制订了SAE J174 SAE J174 钢制螺纹紧固件扭钢制螺纹紧固件扭钢制螺纹紧固件扭钢制螺纹紧固件扭-拉试验方法拉试验方法拉试验方法拉试验方法标准，日本也于标准，日本也于标准，日本也于
7、标准，日本也于19871987和和和和19901990年发布了三项国家标准。国外工业发达国家的很多企业年发布了三项国家标准。国外工业发达国家的很多企业年发布了三项国家标准。国外工业发达国家的很多企业年发布了三项国家标准。国外工业发达国家的很多企业也制订了类似的企业标准。我国于也制订了类似的企业标准。我国于也制订了类似的企业标准。我国于也制订了类似的企业标准。我国于19971997年发布了紧固件拉年发布了紧固件拉年发布了紧固件拉年发布了紧固件拉扭关系系列国家标准。扭关系系列国家标准。扭关系系列国家标准。扭关系系列国家标准。第3页，讲稿共45张，创作于星期三一、紧固件拉扭关系系列国家标准一、紧固件
8、拉扭关系系列国家标准、GB/T16823.1-1997螺纹紧固件应力截面积和承载面积;、GB/T16823.2-1997螺纹紧固件紧固通则;、GB/T16823.3-1997螺纹紧固件拧紧试验方法它们是等同采用JIS B 1082-1987、JIS B 1083-1990和JIS B 1084-1990三个标准 第4页，讲稿共45张，创作于星期三二、螺纹紧固件预紧原理二、螺纹紧固件预紧原理第5页，讲稿共45张，创作于星期三1、螺栓拧紧过程中的摩擦与扭矩消耗、螺栓拧紧过程中的摩擦与扭矩消耗螺栓的拧紧过程是一个克服摩擦的过程，在这一过程中存在螺纹副的摩擦及端面摩擦。通常情况下，装配扭矩的约90%都
9、由于螺纹副摩擦及端面摩擦消耗掉了，只有约10%转化为螺栓轴向夹紧力。理论上，螺栓拧紧过程中拧紧扭矩T、螺栓轴向力F与摩擦系数及螺纹形状之间有（1）式关系：第6页，讲稿共45张，创作于星期三 式的右侧第1、2、3项可分别理解为螺纹副摩擦消耗的扭矩、螺栓伸长（产生轴向预紧力）消耗的扭矩以及端面摩擦消耗的扭矩。第7页，讲稿共45张，创作于星期三第8页，讲稿共45张，创作于星期三自锁扭距自锁扭距端面摩擦端面摩擦螺纹摩擦螺纹摩擦螺栓伸长螺栓伸长普通螺母普通螺母0 0575730301313锁紧螺母锁紧螺母1919464624241111某螺栓拧紧过程中的扭距消耗第9页，讲稿共45张，创作于星期三2、摩擦
10、系数与扭矩系数、摩擦系数与扭矩系数 摩擦系数摩擦系数 是通常意义上的物理概念，是摩擦力和正压力的是通常意义上的物理概念，是摩擦力和正压力的比值。在螺纹联接中，摩擦可分为螺纹副摩擦和端面摩擦两部分，比值。在螺纹联接中，摩擦可分为螺纹副摩擦和端面摩擦两部分，这两部分摩擦条件往往不尽相同，因而存在螺纹副摩擦系数这两部分摩擦条件往往不尽相同，因而存在螺纹副摩擦系数ss和和端面摩擦系数端面摩擦系数ww。扭矩系数扭矩系数K K是宏观上直接反映螺栓拧紧过程中的扭矩与轴向夹是宏观上直接反映螺栓拧紧过程中的扭矩与轴向夹紧力之间关系的经验系数，由（紧力之间关系的经验系数，由（2 2）式给出。）式给出。T=KdF
11、T=KdF （2 2）式中：式中：T T为拧紧扭矩（为拧紧扭矩（NmNm）；）；d d为螺纹公称直径（为螺纹公称直径（mmmm）；）；F F为螺栓轴向夹紧力（为螺栓轴向夹紧力（kNkN）。）。对比（对比（1 1）、（）、（2 2）式可知，扭矩系数是由摩擦系数和螺纹形状）式可知，扭矩系数是由摩擦系数和螺纹形状共同决定的参数，是反映螺纹副摩擦性能的综合经验参数，受螺纹联共同决定的参数，是反映螺纹副摩擦性能的综合经验参数，受螺纹联接方式、表面摩擦条件以及螺纹制造质量的影响。接方式、表面摩擦条件以及螺纹制造质量的影响。第10页，讲稿共45张，创作于星期三夹紧力螺纹摩擦扭矩端面摩擦扭矩摩擦系数摩擦系数0
12、.080.080.140.14夹紧力夹紧力20201212螺纹摩擦扭距螺纹摩擦扭距35353939端面摩擦扭距端面摩擦扭距45454949螺栓摩擦系数和扭距的关系第11页，讲稿共45张，创作于星期三3、摩擦性能试验、摩擦性能试验 摩擦性能试验是按规定的转速向特定螺纹联接副的螺栓头或摩擦性能试验是按规定的转速向特定螺纹联接副的螺栓头或螺母施加扭矩并记录该联接副的扭矩螺母施加扭矩并记录该联接副的扭矩轴向力曲线，从而求出给轴向力曲线，从而求出给定轴向力下的扭矩范围或给定扭矩下的轴向力范围，计算出扭矩系定轴向力下的扭矩范围或给定扭矩下的轴向力范围，计算出扭矩系数数K K和摩擦系数和摩擦系数 及其散差。
13、通常应用于螺纹紧固件的综合质量及其散差。通常应用于螺纹紧固件的综合质量鉴定、表面处理、表面涂层质量评定以及确定具体工况下装配鉴定、表面处理、表面涂层质量评定以及确定具体工况下装配工艺参数等。工艺参数等。第12页，讲稿共45张，创作于星期三螺纹摩擦力螺纹摩擦力端面摩擦力端面摩擦力拧紧机自带一个测定拧紧机自带一个测定拧紧机自带一个测定拧紧机自带一个测定总扭矩总扭矩总扭矩总扭矩 的扭矩传的扭矩传的扭矩传的扭矩传感器感器感器感器在螺纹装配夹具内同时安装了在螺纹装配夹具内同时安装了在螺纹装配夹具内同时安装了在螺纹装配夹具内同时安装了 测定测定测定测定 螺纹扭矩螺纹扭矩螺纹扭矩螺纹扭矩 的传感器和的传感器
14、和的传感器和的传感器和 测定测定测定测定 夹紧力夹紧力夹紧力夹紧力 的力值传感器的力值传感器的力值传感器的力值传感器端面摩擦扭矩端面摩擦扭矩端面摩擦扭矩端面摩擦扭矩=总扭矩总扭矩总扭矩总扭矩-螺纹扭矩螺纹扭矩螺纹扭矩螺纹扭矩第13页，讲稿共45张，创作于星期三1、摩擦性能试验要求：、摩擦性能试验要求：轴向力及拧紧扭矩的测量精度均优于轴向力及拧紧扭矩的测量精度均优于1%1%及及2%2%；(2)(2)以恒定拧紧转速将螺栓拧紧至屈服，并自动记录扭以恒定拧紧转速将螺栓拧紧至屈服，并自动记录扭矩及轴向力曲线；矩及轴向力曲线；(3)(3)每件试件要配一套未曾使用过的配用螺纹件及垫片；每件试件要配一套未曾使
15、用过的配用螺纹件及垫片；(4)(4)试验过程中，只有试验件旋转，配用螺纹件及垫片等应试验过程中，只有试验件旋转，配用螺纹件及垫片等应固定不动；拧紧套筒不能接触垫片等其它可能导致扭矩消固定不动；拧紧套筒不能接触垫片等其它可能导致扭矩消耗的物件；耗的物件；(5)(5)试验时应严格按试验要求控制润滑条件；试验时应严格按试验要求控制润滑条件；(6)(6)试验件数的多少根据试验目的而不同，对于工艺试验试验件数的多少根据试验目的而不同，对于工艺试验及货源鉴定试验，为便于统计分析，一般要求试验件数及货源鉴定试验，为便于统计分析，一般要求试验件数在在2525件左右。件左右。第14页，讲稿共45张，创作于星期三
16、2、摩擦性能要求、摩擦性能要求：法国PSA集团螺纹紧固件都提出了摩擦性能要求。普通摩擦件（表面镀锌强化钝化）的表观总摩擦系数在0.12至0.18之间（平均值0.15，标准差小于0.01，变异系数小于0.067）。弱摩擦件（表面磷化）在0.06至0.09之间（变异系数小于0.067）。第15页，讲稿共45张，创作于星期三大众汽车公司为稳定摩擦性能，要求螺纹紧固件表面要求涂敷水散性合成聚合物滑动剂干燥后产生一种蜡状润滑剂。大众汽车螺纹紧固件扭矩系数实测结果螺栓螺栓平均值平均值标准差标准差变异系数变异系数N905 248N905 248组合螺栓，组合螺栓，M10M10，10.910.9级级0.151
17、0.1510.0030.0030.01990.0199N905 068N905 068六角螺栓，六角螺栓，M10M10，10.910.9级级0.1510.1510.0080.0080.05300.0530第16页，讲稿共45张，创作于星期三 日本明道株式会社与日本油脂株式会社联合日本明道株式会社与日本油脂株式会社联合开发出水基摩擦系数稳定剂，广泛应用于丰田汽车开发出水基摩擦系数稳定剂，广泛应用于丰田汽车公司的螺纹紧固件。公司的螺纹紧固件。皮膜形成型摩擦系数稳定剂摩擦系数稳定剂摩擦系数稳定剂稀释剂稀释剂摩擦系数摩擦系数标准偏差标准偏差变异系数变异系数-CA-H-CA-H水溶性水溶性0.170.1
18、70.0170.0170.10.1-水溶性水溶性0.130.130.0080.0080.0620.062-B-2-B-2水溶性水溶性0.090.090.0030.0030.0030.003LUBE-1000LUBE-1000水溶性水溶性0.170.170.0200.0200.1180.118NOX-RUSTNOX-RUST（366-A366-A）有机溶剂有机溶剂0.130.130.0130.0130.10.1NOX-RUSTNOX-RUST（366-366-4040）有机溶剂有机溶剂0.100.100.0040.0040.040.04第17页，讲稿共45张，创作于星期三3、控制摩擦系数的方法、
19、控制摩擦系数的方法 有效实施轴要向力控制，必须扭矩控制与有效实施轴要向力控制，必须扭矩控制与K K值控值控制双管齐下。制双管齐下。如果如果K K值控制严格，一方面可以放宽对扭矩控值控制严格，一方面可以放宽对扭矩控制精度的要求制精度的要求,节省装配工艺投资；一方面还可以提高螺节省装配工艺投资；一方面还可以提高螺栓的轴向力，提高螺栓强度利用率和联接可靠性。栓的轴向力，提高螺栓强度利用率和联接可靠性。控制控制K K值，就必须好摩擦系数，影响摩擦系数的原因值，就必须好摩擦系数，影响摩擦系数的原因很多。紧固件表面处理的种类、工艺和质量、紧固件的很多。紧固件表面处理的种类、工艺和质量、紧固件的尺寸公差和形
20、位公差（比如螺栓有严重的弯曲变形，螺尺寸公差和形位公差（比如螺栓有严重的弯曲变形，螺栓六角头栓六角头S S面偏斜，螺栓的六角头与螺栓杆部不同轴）面偏斜，螺栓的六角头与螺栓杆部不同轴）问题、螺纹精度、装配工具及装配方法（比如：螺问题、螺纹精度、装配工具及装配方法（比如：螺栓装配时不能保证涂油装配）等等。栓装配时不能保证涂油装配）等等。第18页，讲稿共45张，创作于星期三 德国福斯润滑集团德国福斯润滑集团(FUCHS LUBRITECH GMBH)(FUCHS LUBRITECH GMBH)生产的生产的“可力特摩可力特摩”紧固件专用透明干膜润滑剂紧固件专用透明干膜润滑剂（水腊）（水腊）作用：降低拧
21、入力矩；稳定和降低摩擦系数；预作用：降低拧入力矩；稳定和降低摩擦系数；预置扭距；增大预紧力；保护防护层，减少磨损。置扭距；增大预紧力；保护防护层，减少磨损。产品型号产品型号PHPH值值适应温度适应温度(乾膜乾膜)摩擦系数摩擦系数固态成份固态成份gleitmo 602gleitmo 6028.5-9.58.5-9.5-40/+80-40/+80度度c c0.150.15White solidWhite solidgleitmo 603gleitmo 6038.5-9.58.5-9.5-40/+80-40/+80度度c c0.120.12White solidWhite solidgleitmo
22、605gleitmo 6058.5-9.58.5-9.5-40/+110-40/+110度度c c0.110.11White solidWhite solidgleitmo 615gleitmo 6155.0-6.05.0-6.0-40/+110-40/+110度度c c0.090.09White solidWhite solidgleitmo 627gleitmo 6275.0-6.05.0-6.0-40/+110-40/+110度度c c0.080.08White solid+PTFEWhite solid+PTFE第19页，讲稿共45张，创作于星期三产品型号产品型号扭力扭力(Torque
23、)-(Torque)-稳定性稳定性稳定性稳定性旋入扭力旋入扭力-降低能力降低能力降低能力降低能力制程管理制程管理-方便性方便性方便性方便性 透明透明度度gleitmo 602gleitmo 602A+A+A-A-A AA+A+gleitmo 603gleitmo 603A+A+A-A-A AA+A+gleitmo 605gleitmo 605A+A+A AA AA+A+gleitmo 615gleitmo 615A AA+A+A+A+A Agleitmo 627gleitmo 627A+A+A+A+A+A+A A第20页，讲稿共45张，创作于星期三4、摩擦性能试验机、摩擦性能试验机国外研制此类
24、设备主要公司：德国Schatz,德国Reck-Engineering,美国RS-Technology,法国Automatic;第21页，讲稿共45张，创作于星期三三、螺纹紧固件拧紧方法三、螺纹紧固件拧紧方法 选择螺纹连接的拧紧方法，应该在充分了解各种拧选择螺纹连接的拧紧方法，应该在充分了解各种拧紧方法特性的基础上，按照设计对初始预紧力离散程度紧方法特性的基础上，按照设计对初始预紧力离散程度的要求、预紧力的大小、使用条件等因素来合理选择拧的要求、预紧力的大小、使用条件等因素来合理选择拧紧方法。其中对初始预紧力离散程度的要求，通常用紧紧方法。其中对初始预紧力离散程度的要求，通常用紧固系数（固系数（
25、QQ）来表示，一般也称之初始预紧力离散度。）来表示，一般也称之初始预紧力离散度。虽然拧紧工具以及精度的不同，所对应的初始预紧虽然拧紧工具以及精度的不同，所对应的初始预紧力离散度也是不同的，但是，由于拧紧方法的不同，力离散度也是不同的，但是，由于拧紧方法的不同，在拧紧时对应的初始预紧力离散度更是不同的，因在拧紧时对应的初始预紧力离散度更是不同的，因此，紧固系数是选择螺纹拧紧方法的一个重要条件。此，紧固系数是选择螺纹拧紧方法的一个重要条件。标准中给出了扭矩法、转角法及扭矩斜率法三标准中给出了扭矩法、转角法及扭矩斜率法三种常用的典型拧紧方法种常用的典型拧紧方法第22页，讲稿共45张，创作于星期三、扭
26、矩法扭矩法扭矩法就是利用扭矩与预紧力的线性关系在弹性区进扭矩法就是利用扭矩与预紧力的线性关系在弹性区进行紧固控制的一种方法。该方法在拧紧时，只对一个确定行紧固控制的一种方法。该方法在拧紧时，只对一个确定的紧固扭矩进行控制，因此，因为该方法操作简便，是一的紧固扭矩进行控制，因此，因为该方法操作简便，是一种一般常规的拧紧方法。但是，由于紧固扭矩的种一般常规的拧紧方法。但是，由于紧固扭矩的9090左右左右作用于螺纹摩擦和支承面摩擦的消耗，真正作用在轴向预作用于螺纹摩擦和支承面摩擦的消耗，真正作用在轴向预紧力方面仅紧力方面仅1010左右，初始预紧力的离散度是随着拧紧过左右，初始预紧力的离散度是随着拧紧
27、过程中摩擦等因素的控制程度而变化的，因而该拧紧方法的程中摩擦等因素的控制程度而变化的，因而该拧紧方法的离散度较大，适合一般零件的紧固，不适合重要的、关键离散度较大，适合一般零件的紧固，不适合重要的、关键的零件的连接。的零件的连接。第23页，讲稿共45张，创作于星期三、转角法、转角法转角法就是在拧紧时将螺栓于螺母相对转动一个角度，称之为转角法就是在拧紧时将螺栓于螺母相对转动一个角度，称之为紧固转角，把一个确定的紧固转角作为指标来对初始预紧力进行紧固转角，把一个确定的紧固转角作为指标来对初始预紧力进行控制的一种方法。该拧紧方法可在弹性区和塑性区使用。在被连控制的一种方法。该拧紧方法可在弹性区和塑性
28、区使用。在被连接件和螺栓的刚性较高的场合，对弹性区的紧固是不利的；对塑接件和螺栓的刚性较高的场合，对弹性区的紧固是不利的；对塑性区的紧固时，初始预紧力的离散度主要取决于螺栓的屈服点，性区的紧固时，初始预紧力的离散度主要取决于螺栓的屈服点，而转角误差对其影响不大，故该紧固方法具有可最大限度地利用而转角误差对其影响不大，故该紧固方法具有可最大限度地利用螺栓强度的优点（即可获得较高的预紧力）。螺栓强度的优点（即可获得较高的预紧力）。应该注意的是该拧紧方法在塑性区拧紧时会使螺栓的杆部应该注意的是该拧紧方法在塑性区拧紧时会使螺栓的杆部以及螺纹杆部发生塑性变形，因此，对螺栓塑性差的以及螺栓以及螺纹杆部发生
29、塑性变形，因此，对螺栓塑性差的以及螺栓反复使用的场合应考虑其适用性。另外，对预紧力过大，会造反复使用的场合应考虑其适用性。另外，对预紧力过大，会造成被连接件受损的情况时，则必须对螺栓的屈服点及抗拉强度成被连接件受损的情况时，则必须对螺栓的屈服点及抗拉强度的上限值进行规定。的上限值进行规定。第24页，讲稿共45张，创作于星期三扭距法和转角法的区别扭矩转角法的拧紧原理与常用的扭矩法有着本质的区别。扭矩扭矩转角法的拧紧原理与常用的扭矩法有着本质的区别。扭矩法仅适用于弹性范围，弹性范围内的轴向力与拧紧扭矩成正比。法仅适用于弹性范围，弹性范围内的轴向力与拧紧扭矩成正比。当超出弹性范围以后，扭矩与轴向力之
30、间不再有正比关系，若继当超出弹性范围以后，扭矩与轴向力之间不再有正比关系，若继续扭矩控制拧紧，则可能在扭矩不增加甚至降低的情况下将螺栓续扭矩控制拧紧，则可能在扭矩不增加甚至降低的情况下将螺栓拧断。而扭矩转角法的实质是控制螺栓的轴向伸长量。在螺栓贴拧断。而扭矩转角法的实质是控制螺栓的轴向伸长量。在螺栓贴合后的整个拧紧过程中（包括弹性变形和塑性变形阶段），螺栓合后的整个拧紧过程中（包括弹性变形和塑性变形阶段），螺栓伸长量始终与螺栓头的转角成正比（每增加伸长量始终与螺栓头的转角成正比（每增加11转角则螺栓伸长约转角则螺栓伸长约1/3601/360个螺距）。在弹性范围内螺栓轴向力与伸长量成正比，控制个
31、螺距）。在弹性范围内螺栓轴向力与伸长量成正比，控制伸长量就是控制轴向力；螺栓开始塑性变形后，虽然伸长量与轴伸长量就是控制轴向力；螺栓开始塑性变形后，虽然伸长量与轴向力之间不再有正比关系，但根据螺栓在受力时的力学性能特点向力之间不再有正比关系，但根据螺栓在受力时的力学性能特点可知，只要伸长量在其形变强化容量范围以内，螺栓的轴向力就可知，只要伸长量在其形变强化容量范围以内，螺栓的轴向力就稳定在其屈服载荷附近（螺栓不会发生断裂或局部伸长）。即使稳定在其屈服载荷附近（螺栓不会发生断裂或局部伸长）。即使在在K K值较为分散的情况下，扭矩转角法也能精确地将螺栓的轴向力值较为分散的情况下，扭矩转角法也能精确
32、地将螺栓的轴向力控制其屈服点附近，扭矩转角法拧紧的螺栓的轴向预紧力主要取控制其屈服点附近，扭矩转角法拧紧的螺栓的轴向预紧力主要取决于螺栓强度，而不取决于决于螺栓强度，而不取决于K K值。值。第25页，讲稿共45张，创作于星期三、扭矩斜率法扭矩斜率法 扭矩斜率法是以扭矩斜率法是以Q-FQ-F曲线中的扭矩斜率值的变化作为指标对初曲线中的扭矩斜率值的变化作为指标对初始预紧力进行控制的一种方法。该拧紧方法通常把螺栓的屈服紧固轴始预紧力进行控制的一种方法。该拧紧方法通常把螺栓的屈服紧固轴力作为控制初始预紧力的目标值。该拧紧方法一般在螺栓初始预紧力力作为控制初始预紧力的目标值。该拧紧方法一般在螺栓初始预紧
33、力离散度要求较小并且可最大限度地利用螺栓强度的情况下使用。但是离散度要求较小并且可最大限度地利用螺栓强度的情况下使用。但是由于该拧紧方法对初始预紧力的控制与塑性区的转角法基本相同，所由于该拧紧方法对初始预紧力的控制与塑性区的转角法基本相同，所以，需要对螺栓的屈服点进行严格的控制。该拧紧方法与塑性区的转以，需要对螺栓的屈服点进行严格的控制。该拧紧方法与塑性区的转角法相比，螺栓的塑性即反复使用等方面出现的问题较少，有一定的角法相比，螺栓的塑性即反复使用等方面出现的问题较少，有一定的优势，但是，紧固工具比较复杂，也比较昂贵。优势，但是，紧固工具比较复杂，也比较昂贵。扭矩率控制法原理是当螺栓变形处于弹
34、性变形阶段时，其扭矩率控制法原理是当螺栓变形处于弹性变形阶段时，其扭矩率基本保持不变，当螺栓发生塑性变形后，其扭矩率明显扭矩率基本保持不变，当螺栓发生塑性变形后，其扭矩率明显下降，当扭矩率下降到一定程度（螺栓屈服）时，停止拧紧。下降，当扭矩率下降到一定程度（螺栓屈服）时，停止拧紧。第26页，讲稿共45张，创作于星期三、其它方法其它方法分步拧紧工艺分步拧紧工艺分步拧紧工艺分步拧紧工艺分分2-32-3步将螺栓拧紧至目标扭矩，适用于重要螺栓组的拧紧。步将螺栓拧紧至目标扭矩，适用于重要螺栓组的拧紧。表某发动机缸盖螺栓检查扭矩TC与最终扭矩T比值的统计结果螺栓螺栓拧紧工艺拧紧工艺一步拧紧一步拧紧两步拧紧
35、两步拧紧平均值平均值标准差标准差平均值平均值标准差标准差杆长杆长121mm121mm90Nm90Nm转转90900.8050.8050.0610.0610.8220.8220.0570.057杆长杆长134mm134mm95Nm95Nm转转90900.8020.8020.0580.0580.8350.8350.0530.053杆长杆长145mm145mm0.8440.8440.0400.0400.8800.8800.0370.037多次拧紧工艺多次拧紧工艺将螺栓拧紧后松开，再次拧紧，适用于重要螺栓。第27页，讲稿共45张，创作于星期三、拧紧扭矩检查方法、拧紧扭矩检查方法实时检测：实时检测：实时
36、检测：实时检测：机检机检机检机检：拧紧机具有扭矩测试、储存、显示或打印功能，能在拧紧的：拧紧机具有扭矩测试、储存、显示或打印功能，能在拧紧的同时进行扭矩检测。同时进行扭矩检测。串接扭矩传感器串接扭矩传感器串接扭矩传感器串接扭矩传感器：在拧紧头与螺栓头（螺母）之间串接扭矩传：在拧紧头与螺栓头（螺母）之间串接扭矩传感器，用以检测拧紧扭矩。感器，用以检测拧紧扭矩。事后检测事后检测事后检测事后检测：拧松法拧松法拧松法拧松法：用扭矩扳手慢慢地将被检螺栓（螺母）松开，读取螺栓：用扭矩扳手慢慢地将被检螺栓（螺母）松开，读取螺栓（螺母）开始转动时的扭矩作为检查所得扭矩。（螺母）开始转动时的扭矩作为检查所得扭矩
37、。复位法复位法复位法复位法：先在被检螺栓（螺母）或套筒与被联接件之间划上一：先在被检螺栓（螺母）或套筒与被联接件之间划上一道线痕，确认相对位置，再用扭矩扳手将螺栓松开后重新拧紧道线痕，确认相对位置，再用扭矩扳手将螺栓松开后重新拧紧至原来位置，读取此时的拧紧扭矩作为检查所得扭矩。至原来位置，读取此时的拧紧扭矩作为检查所得扭矩。拧紧法拧紧法拧紧法拧紧法：用扭矩扳手慢慢向被检螺栓（螺母）施加拧紧扭矩，读取螺：用扭矩扳手慢慢向被检螺栓（螺母）施加拧紧扭矩，读取螺栓（螺母）开始转动时的扭矩作为检查所得扭矩。栓（螺母）开始转动时的扭矩作为检查所得扭矩。第28页，讲稿共45张，创作于星期三、常用联接型式、常
38、用联接型式 按ISO 5393标准分类连接型式连接型式扭距旋转角度扭距旋转角度硬连接硬连接0 04545中等硬连接中等硬连接46469090中等连接中等连接9191240240中等软连接中等软连接241241360360软连接软连接360360第29页，讲稿共45张，创作于星期三不同不同联联接接刚刚度下装配扭矩与度下装配扭矩与检查检查扭矩的比扭矩的比较较联接刚度联接刚度装配扭矩装配扭矩检查扭矩检查扭矩相对偏差相对偏差软联接软联接20.3 Nm20.3 Nm12.2 Nm12.2 Nm-39.9%-39.9%中软联接中软联接20.3 Nm20.3 Nm19.0 Nm19.0 Nm-6.4%-6.
39、4%中硬联接中硬联接20.3 Nm20.3 Nm28.5 Nm28.5 Nm+40.4%+40.4%硬联接硬联接25.8 Nm25.8 Nm35.3 Nm35.3 Nm+36.8%+36.8%引自DGD技术资料第30页，讲稿共45张，创作于星期三某螺栓某螺栓检查检查扭矩与装配扭矩与装配拧紧拧紧扭矩的比扭矩的比值统计值统计检查方法检查方法平均值平均值标准差标准差分散范围分散范围变异系数变异系数松开法松开法0.7570.7570.0210.0210.6960.696 0.8190.8190.0280.028拧紧法拧紧法1.0911.0910.0290.0291.0041.004 1.1781.17
40、80.0270.027复位法复位法0.9980.9980.0600.0600.8190.819 1.1771.1770.0660.066螺纹规格M161.5/6g，强度级别10.9级，装配拧紧扭矩180Nm。第31页，讲稿共45张，创作于星期三、螺纹联接设计计算、螺纹联接设计计算扭矩上限：TU=kLD FU扭矩下限：TL=kUD FL轴向预紧力上限：矩转角法螺栓实际拧紧屈服点扭矩法螺栓名义保证载荷的等效载荷轴向预紧力下限：满足设计功能要求第32页，讲稿共45张，创作于星期三、联接松弛的原因及防止松动的措施、联接松弛的原因及防止松动的措施联接松弛的原因联接松弛的原因联接松弛的原因联接松弛的原因
41、预紧力不足；预紧力不足；振动或交变载荷导致螺母（螺栓）回转；振动或交变载荷导致螺母（螺栓）回转；螺栓在预紧载荷及服役载荷（温度）作用下产生蠕变伸长；螺栓在预紧载荷及服役载荷（温度）作用下产生蠕变伸长；被联接件在预紧载荷及服役载荷作用下产生蠕变减薄。被联接件在预紧载荷及服役载荷作用下产生蠕变减薄。防止松动的措施防止松动的措施防止松动的措施防止松动的措施 确保预紧力、提高预紧力：普遍有效确保预紧力、提高预紧力：普遍有效 涂胶：适用于振动或横向导致的回转类松动涂胶：适用于振动或横向导致的回转类松动 螺栓减细：适用螺栓伸长及被联接件减薄的场合螺栓减细：适用螺栓伸长及被联接件减薄的场合 改进结构：防止切
42、向载荷、平垫改镶圈改进结构：防止切向载荷、平垫改镶圈 防松紧固件：异形牙螺母、镶圈螺母、开槽螺母、带齿螺栓头防松紧固件：异形牙螺母、镶圈螺母、开槽螺母、带齿螺栓头（螺母）（螺母）第33页，讲稿共45张，创作于星期三粗牙螺纹和细牙螺纹的对比粗牙螺纹和细牙螺纹的对比粗牙螺纹粗牙螺纹细牙螺纹细牙螺纹 减小螺纹交叉的可能性减小螺纹交叉的可能性 高强度螺纹，高强度螺纹，受制造误差影响小受制造误差影响小 螺栓螺母配合等级差错可发现螺栓螺母配合等级差错可发现 可快速拆装可快速拆装 与低强度螺母或有螺纹孔的材料相配与低强度螺母或有螺纹孔的材料相配合合时，时，强度更高强度更高 可承受恶劣的工作环境可承受恶劣的工
43、作环境 允许更厚的镀层允许更厚的镀层 脆性材料更易加工脆性材料更易加工 首腐蚀后，首腐蚀后，能承受更强的意外损失能承受更强的意外损失 螺距增加，螺距增加，螺纹根部应力集中减小螺纹根部应力集中减小 受毛刺影响小受毛刺影响小 成本少，成本少，标准滚丝模具标准滚丝模具 常用螺距提高通用性常用螺距提高通用性 具有较好的轴向调节能力具有较好的轴向调节能力 相同尺寸下，相同尺寸下，可提供更大的锁紧力可提供更大的锁紧力 螺旋升角小，螺旋升角小，可在较小的扭矩下提高可在较小的扭矩下提高压压紧力，紧力，同时可提高抗松动性同时可提高抗松动性 具有较高的扭转力和横向剪切力具有较高的扭转力和横向剪切力 可更好连接薄壁
44、件及高硬度件可更好连接薄壁件及高硬度件 螺纹可更接近螺栓头螺纹可更接近螺栓头 不易松动不易松动第34页，讲稿共45张，创作于星期三四、装配螺栓预紧力的测量四、装配螺栓预紧力的测量螺纹紧固件的装配主要依靠螺纹联接，因此，螺纹螺纹紧固件的装配主要依靠螺纹联接，因此，螺纹连接副的装配质量直接影响着主机或工程的装配质量。连接副的装配质量直接影响着主机或工程的装配质量。在实际装配中，不论是采用扭矩法、扭矩在实际装配中，不论是采用扭矩法、扭矩转角法，还转角法，还是屈服极限法来控制螺栓的装配质量，其最终目的都是屈服极限法来控制螺栓的装配质量，其最终目的都是要确保其实际预紧力达到其设计要求值。因此，衡是要确保
45、其实际预紧力达到其设计要求值。因此，衡量螺纹连接副装配质量的好坏，就应以测量预紧力的量螺纹连接副装配质量的好坏，就应以测量预紧力的数值来判别。目前，螺栓的预紧力都是采用间接方法数值来判别。目前，螺栓的预紧力都是采用间接方法测量的，根据其方法的不同，主要可以分为系数法和测量的，根据其方法的不同，主要可以分为系数法和类比法两种。其中系数法主要用来测量在弹性范围装类比法两种。其中系数法主要用来测量在弹性范围装配的螺栓的预紧力，类比法则可以测量在弹性及塑性配的螺栓的预紧力，类比法则可以测量在弹性及塑性范围装配的螺栓的预紧力。范围装配的螺栓的预紧力。第35页，讲稿共45张，创作于星期三、系数法系数法系数
46、法测量螺栓的预紧力的测量原理系数法测量螺栓的预紧力的测量原理系数法测量螺栓的预紧力的测量原理系数法测量螺栓的预紧力的测量原理对于在弹性范围装配的螺栓，其测量原理依据的是对于在弹性范围装配的螺栓，其测量原理依据的是下式：下式：F=KF=K L L式中，式中，FF螺栓轴向所受拉力；螺栓轴向所受拉力；KK螺栓的刚度系数；螺栓的刚度系数；LL螺栓伸长量。螺栓伸长量。其方法是先计算出被测螺栓的刚度系数，然后其方法是先计算出被测螺栓的刚度系数，然后在已装配的螺栓上测量出它相对原长的伸长量，利在已装配的螺栓上测量出它相对原长的伸长量，利用被测螺栓的刚度系数与已测量的螺栓伸长量的乘用被测螺栓的刚度系数与已测量
47、的螺栓伸长量的乘积，就可计算出该螺栓的预紧力。积，就可计算出该螺栓的预紧力。第36页，讲稿共45张，创作于星期三测量设备及方法测量设备及方法A、测量设备、测量设备拉力试验机 要求其测量误差不超过0.1%，且能稳定在某一要求的力值(建议 在电子拉力试验机上试验)超声波螺栓测长仪 要求其测量精度0.001mm第37页，讲稿共45张，创作于星期三B B、测量螺栓刚度系数、测量螺栓刚度系数、测量螺栓刚度系数、测量螺栓刚度系数 在测量螺栓的刚度系数时，假定同一生产批次的螺栓的刚度系数在测量螺栓的刚度系数时，假定同一生产批次的螺栓的刚度系数是一致的，通过计算与被测螺栓同批次螺栓的刚度系数来求得被测螺是一致
48、的，通过计算与被测螺栓同批次螺栓的刚度系数来求得被测螺栓的刚度系数。栓的刚度系数。在同一批次螺栓中随机挑选出在同一批次螺栓中随机挑选出1010根螺栓，先用超声波螺栓测根螺栓，先用超声波螺栓测长仪依次测得它们的原长，然后将一根螺栓装夹后，通过拉力试验机长仪依次测得它们的原长，然后将一根螺栓装夹后，通过拉力试验机给螺栓逐次施加一系列等值递加的拉力，所施加力的上限值应小于该给螺栓逐次施加一系列等值递加的拉力，所施加力的上限值应小于该螺栓所对应性能等级的屈服强度值的螺栓所对应性能等级的屈服强度值的90%90%，在每次给螺栓施加一，在每次给螺栓施加一个力的同时记下此时螺栓所受拉力和相应的伸长量。将个力的
49、同时记下此时螺栓所受拉力和相应的伸长量。将1010根根试验完后就得到了试验完后就得到了1010组拉力组拉力伸长量的数值，将这伸长量的数值，将这1010组数据代入一组数据代入一元回归方程元回归方程(式式)中中,利用式利用式求得求得b b值即为该组螺栓的刚度系数，将值即为该组螺栓的刚度系数，将这组数值算术平均后所得即为被测螺栓的刚度系数。这组数值算术平均后所得即为被测螺栓的刚度系数。Y=a+bx Y=a+bx b=(yi-y)/(xi-x)b=(yi-y)/(xi-x)第38页，讲稿共45张，创作于星期三C、计算预紧力、计算预紧力 先利用超声波测长仪测出被测螺栓在自由状态下的长度，然后将该螺栓装配
50、后，用超声波测长仪测出此时螺栓的伸长量，将此伸长量的值乘以该种螺栓的刚度系数后即可得出被测螺栓的预紧力。第39页，讲稿共45张，创作于星期三、类比法、类比法类比法测量螺栓的预紧力原理类比法测量螺栓的预紧力原理类比法测量螺栓的预紧力原理类比法测量螺栓的预紧力原理类比法测量螺栓的预紧力原理是，测量同一批螺栓在拧紧类比法测量螺栓的预紧力原理是，测量同一批螺栓在拧紧过程中轴向拉力和伸长量的数值，据此数值绘出螺栓的伸长过程中轴向拉力和伸长量的数值，据此数值绘出螺栓的伸长轴力图，即可参照此图计算出该螺栓在装配时伸长量所对应轴力图，即可参照此图计算出该螺栓在装配时伸长量所对应的预紧力。的预紧力。该试验在螺栓