拧紧技术及拧紧机

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1、螺栓拧紧技术及拧紧机螺栓拧紧在机械制造业中的应用非常广泛，机械制造中零部件的连接与装配，机械整体的装配等等，可以说几乎是都离不开螺栓拧紧。第一节螺栓拧紧的基本概念及拧紧的方法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

2、。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．螺栓拧紧的基本概念1．拧紧过程中各量的变化TF屈服断裂A图1ZTF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），大体上分为下述几个阶段：⑴在开始拧紧时，由于螺栓未靠座，故压紧力F为零；但由于存在摩擦力，故扭矩T保持在一个较小的数值。⑵当靠座后(Z点)，真正的拧紧才开始

3、，压紧力F和拧矩T随转角A的增加而迅速上升。21⑶达到屈服点，螺栓开始朔性变形，转角增加较大而压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），即：R＝△T/△A（1）图3AT图2TΔTΔAA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

4、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。图4FTμ=0μ=0.4μ=0.5μ=0.1μ=0.2μ=0.33．摩擦与力矩对压紧力的影响从图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。所以，摩擦系数μ对压紧力F的影响是非常大的。这里的摩擦系数主要是指螺纹接触面、螺栓与被连接件支撑面间的摩擦系数。二．螺栓拧紧的方法21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

5、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＝KF（2）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：

6、K=0.161p+0.585μd2+0.25μ(De+Di)（3）其中:p为螺纹的螺距；μ为综合摩擦系数；d2为螺纹的中径；De为支承面的有效外径；Di为支承面的内径螺栓和工件设计完成后，p、d2、De、Di均为确定值，而μ值随加工情况的不同而不同。所以，在拧紧时主要影响K值波动的因素是综合摩擦系数μ。有试验证明，一般情况下，K值大约在0.2－0.4之间，然而，有的甚至可能在0.1－0.5之间。故摩擦阻力的变化对所获得的螺栓轴向预紧力影响较大，相同的扭矩拧紧两个不同摩擦阻力的连接时，所获得的螺栓轴

7、向预紧力相差很大（摩擦系数μ对螺栓轴向预紧力的影响参见图4）。另外，由于连接体的弹性系数不同，表面加工方法和处理方法的不同，对扭矩系数K也有很大的影响。对于上述各方面因素对扭矩系数K的影响，为给大家一个较为明确的印象，下面把德国工程师协会（VDI）拧紧试验报告列于表1；分析表1可知，当拧紧扭矩T的误差为±0％时，螺栓轴向预紧力的误差最大可以达到±27.2％，因此，试图用扭矩控制法来保证高精度的螺栓拧紧是不现实的想法。此外，由于测量方法的不同，测量时环境温度的不同等，对扭矩系数K也有很大的影响，从而

8、更加增大了F的离散度。日本住友金属工业公司通过试验说明了环境温度每增加1℃，其扭矩系数K就下降0.31%。21表1不同扭矩系数值对F与T的精度的影响被连接零件支承面摩擦系数μa螺栓摩擦系数μf拧紧扭矩精度（±％）材料表面状态0351020预紧力精度（±％）钢37K（AISI016）σ=520N/mm2端铣削Rt=10μm0.16±28％0.15±14％19.619.820.222.028.0钢CK65（AISI065）σ=950N/mm2磨削Rt=10μm0.20±23％0.15±