扭矩与拧紧技术原理

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1、扭矩与拧紧技术原理一拧紧的基本概念拧任何机体均是由多种零件连接即组装起来的而零件的连接有多种采用螺栓连接就是其中最常用的一种而欲采用螺栓连接就必须应用拧紧因而这拧紧也就成了装配工作中应用得极为广泛的概念零件采用螺栓连接的目的就是要使两被连接体紧密贴合并为承受一定的动载荷还需要两被连接体间具备足够的压紧力以确保被连接零件的可靠连接和正常工作这样就要求作为连接用的螺栓在拧紧后要具有足够的轴向预紧力即轴向拉应力然而这些力的施加也都是依靠拧紧来实现的因而我们很有必要了解一些有关拧紧的基本概念一．螺栓拧紧的基

2、本概念1．拧紧过程中各量的变化在螺栓拧紧时总体的受力情况是螺栓受拉连接件受压但在拧紧的整个过程中受力的大小是不同的见图1屈服大体上分为下述几个阶段FT⑴在开始拧紧时由于螺栓未靠座故压紧力F为零断T但由于存在摩擦力故扭矩T保持在一个较小的数值裂⑵当靠座后Z点真正的拧紧才开始压紧力F和拧F矩T随转角A的增加而迅速上升AZ⑶达到屈服点螺栓开始朔性变形转角增加较大而压图1紧力和扭矩却增加较小甚至不变⑷再继续拧紧力矩T和压紧力F下降直至螺栓产生断裂2．力矩率力矩率R所表示的是力矩增量△T对转角△A的比值见图2

3、即R＝△T△A1TTΔTΔAAA图2图3硬性连接的R值高软性连接的R值低R值与螺栓的长度连接中各件之间的摩擦以及连接件垫圈的弹性有关摩擦系数的变化是影响力矩率的主要因素此外再加上垫圈密封垫片等引起的弹性变化装配线上同样螺纹连接之间的力矩率变化可能超过百分之百这样力矩转角的曲线就可能落在图3斜线中的任何位置Fμ0μ013．摩擦与力矩对压紧力的影响μ02从图4中可见同一力矩T值而由于摩擦系数μ值的不同压紧力F可能相差很大所μ03以摩擦系数μ对压紧力F的影响是非常大μ04的这里的摩擦系数主要是指螺纹接触面

4、μ05螺栓与被连接件支撑面间的摩擦系数T图4装配工作按精度等级分为三类安全等级质量等级客户定义等级测量拧紧效果T我们能够测量的是扭矩T张力剪切力剪切力FFFF抗张力我们想要得到的是夹紧力F张力螺拴与连接件的关系螺拴和连接的变形螺栓连接的变形关系轴向工作载荷的影响通过螺纹产生夹紧力把连接件夹紧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施加的扭矩并不象夹紧力那么简单力F力臂L扭矩M螺栓旋转的越多得到的扭矩越大但是夹紧力1090的扭矩被摩擦力消耗螺纹副中的摩擦

5、了40只有10的扭矩转化为夹紧力螺栓头下表面的摩擦力50夹紧力与摩擦力的关系夹紧力与摩擦力的关系通常的情况通常的情况螺栓头下摩擦力螺纹副中摩擦力螺栓头下摩擦力螺纹副中摩擦力105040105040在螺栓头支承面下加润滑油在螺栓头支承面下加润滑油螺栓头下摩擦力螺纹副中摩擦力夹紧力螺栓头下摩擦力螺纹副中摩擦力夹紧力154540154540螺纹副中有缺陷如杂质磕碰等螺纹副中有缺陷如杂质磕碰等螺栓头下摩擦力螺纹副中摩擦力螺栓头下摩擦力螺纹副中摩擦力5504555045一定要确保施加的扭矩达到最小需要扭矩一定

6、要确保施加的扭矩达到最小需要扭矩夹紧力一定要高于外部载荷安全余量载荷的影响因素–振动–摩擦力的变化–连接件尺寸变化–拧紧精度施加的扭矩不要超过使用极限螺栓连接件的特性施加的扭矩过大会使螺扭矩夹紧力栓过度伸长屈服强度极限抗拉强度极限安全余量取决于–拧紧精度–材料等级旋转转角螺栓连接件的特性抗拉强度屈服特性应力Nmm2抗拉强度失效抗拉应力851008800Nmm250屈服应力弹性区域80008640Nmm2拉伸度螺栓标识系统生产商第一个数1100的最小抗拉强度Nmm2100×8800Nmm2第二个数屈服

7、强度与最小抗拉强度之间的关系0880两数相乘得出屈服应力80008640Nmm2公制螺纹弹性变软会影响夹紧力Time材料弹性松弛变软会使夹紧力衰减内部分析平均加载80屈服如我们恰巧看到螺纹与支承面连接表面我们注意此处压痕非常高因为螺栓伸长远端出现屈服以及这些区域出现崩溃而使夹紧力减少二螺栓拧紧的方法拧紧实际上就是要使两被连接体间具备足够的压紧力反映到被拧紧的螺栓上就是它的轴向预紧力即轴向拉应力而不论是两被连接体间的压紧力还是螺栓上的轴向预紧力在工作现场均很难检测也就很难予以直接控制因而人们采取了下述

8、几种方法予以间接控制1扭矩控制法T扭矩控制法是最开始同时也是最简单的控制方法它是当拧紧扭矩达到某一设定的控制值Tc时立即停止拧紧的控制方法它是基于当螺纹连接时螺栓轴向预紧力F与拧紧时所施加的拧紧扭矩T成正比的关系它们之间的关系可用T＝KF2来表示其中K为扭矩系数其值大小主要由接触面之间螺纹牙之间的摩擦阻力Fμ来决定在实际应用中K值的大小常用下列公式计算K0161p0585μd025μDD32ei其中p为螺纹的螺距μ为综合摩擦系数d2为螺纹的中径D为支承面的有效外径D为