螺栓预紧力─扭矩图及其应用

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1、汽车工艺与材料!"#$%$&’()#)*+,$($-./%!#)0’!(文章编号：#"",)--#$&!""#*"$)"""%)".螺栓预紧力—扭矩图及其应用刘建文&神龙汽车有限公司，湖北武汉.,""%(*摘要：本文介绍了螺栓预紧力—扭矩图的建立方法，阐述了在使用扭矩拧紧法时预紧力—扭矩图在拧紧工艺设计中的应用，并说明了预紧力—扭矩图在选择螺栓等级或螺栓尺寸方面的应用和确定螺栓延时断裂试验所用扭矩的应用。关键词：螺纹紧固件6预紧力—扭矩图6扭矩拧紧法6延时断裂试验中图分类号：78#,#5,文献标识码：9锁扭矩的情况*11前言!!2&!"3!#*4!&#*我们知道，在汽车装配中螺纹紧固

2、件装配的质螺纹间的摩擦因数&!"*可从下式求出量将直接影响整车的装配质量和行驶的可靠性。而%"2&·"5%-,’!·!"&!*要保证螺纹联接的可靠服役，必须在装配时要保证螺栓头部的摩擦因数&!#*可从下式求出螺栓对零件有适当的轴向夹紧力&此时螺栓受到一%#2&·’(·!#4!&,*个拉伸的预紧力*。目前在装配工艺上最经济的方法是预紧力&与扭矩%的关系式为：/#0&.）通过控制扭矩来间接实现轴向夹紧力的控制。但%2&/"5#()3!!&"5%-,’!3’(4!*0是扭矩和轴向夹紧力的关系受到螺纹联接副的摩式中%———总扭矩擦条件&即摩擦因数*的直接影响。随着人们对拧紧%"———克服螺纹

3、间摩擦所产生的扭矩控制的要求越来越严格，并且我们现场装配工具的%#———克服螺栓头部支撑面摩擦所使用的扭矩控制精度正得到逐步提高，这些都使得我们有扭矩必要运用更准确、更严格的方法来评价螺纹联接的&———轴向夹紧力摩擦条件，测量并控制螺纹紧固件的摩擦因数以便’!———螺纹中径&’!2’)"5(.’%)*更准确地控制螺纹件装配的轴向夹紧力，以满足产)———螺距/!0品设计对螺纹联接的要求。螺栓的预紧力—扭矩’———螺纹的名义直径图能帮助我们设计螺栓装配时的拧紧扭矩，选择螺’(———螺栓头部摩擦圆等效直径,,栓强度等级和尺寸。!’#)’*’(2:!!*,&’#)’*2预紧力—扭矩图的建立’

4、#和’*分别为螺栓头部与支承垫圈接触面螺纹紧固件的总表观摩擦因数&!!*分为两个部外径和内径。分，即螺纹间的摩擦因数&!"*和螺栓头部支撑面的从公式&.*可知，螺栓尺寸一定时预紧力&与摩擦因数&!#*，总表观摩擦因数$!!*为&不考虑有自扭矩%之间是一条线性的直线，摩擦因数!!越大收稿日期：!""#)"!)#!作者简介：刘建文&#’(#)*，男+湖南省长沙市人，博士。现在神龙汽车有限公司从事汽车材料及工艺应用研究，任中国汽车工程学会汽车材料分会理事。发表论文十余篇。!""#年第$期—%—刘建文"螺栓预紧力—扭矩图及其应用直线斜率越大#见图$%，已知摩擦因数和轴向预紧线表示强度等级和尺

5、寸一定的螺栓拧紧至其受到的力可求出拧紧扭矩。某一等效应力时#4)9!12&和$119!12&%:螺栓所能承受的预紧力与扭矩间的关系。!预紧力—扭矩图的应用!"#拧紧工艺设计尽管在螺栓拧紧装配时采用“扭矩法”有其不足之处，但“扭矩法”仍是最常用、最经济的螺纹紧固件的拧紧方法。大量研究表明，在其屈服强度范围内，螺栓的轴向预紧力越大，其抗松动性能和抗疲劳性能就越好，螺栓拧紧至其屈服强度时效果最好。传统的拧紧工艺设计常采用经验方法，所采用图#预紧力—扭矩图#等级$123，*$1<$2&)，拧紧扭矩值给螺栓产生的等效应力仅对应于螺栓屈%’’&1==:%+’$12,)==%服强度的12);120

6、倍。这样一方面造成了螺栓使用又根据第三强度理论，螺栓处于拧紧状态时的效能上的浪费，另一方面导致螺栓的抗松动性能和螺纹部分承受的等效应力!!为抗疲劳性能都较差。所以寻找适合的拧紧扭矩是工!!&’!&("&（)）艺设计员应解决的问题。然而，在通过测量螺纹件式中!———螺栓的轴向夹紧力"在螺纹部分产的摩擦因数，已知摩擦因数范围的情况下，怎样确定生的拉应力拧紧扭矩以保证螺栓的轴向预紧力最大，而且螺栓&%*,-（!）所受等效应力又不超过其屈服强度是关键的问题，!’"*#$’"*+#!%$"———螺栓螺纹部分承受的扭转切应力利用预紧力—扭矩图可以很容易解决该问题。&&%*/图$是一个强度$123

7、级，*$1<$2&)，%"’!#!!.!’’&1==:螺栓螺纹部分承受的扭矩为：%+’$12,)==的螺栓预紧力—扭矩图。从图中可看/%*$!-出，当螺栓被拧至其等效应力为4)9!时，其最&.&’’"+#!%$12&&&%*/+#!%/%*$!-（0）大允许的拧紧扭矩的大小取决于螺栓的摩擦因数。’!#!!.!$式中%$’#%&(%/%*&当摩擦因数分别为121!、1213、12$&、12$)、12$4时，%&’%.12!,3)(最大允许的拧紧扭矩分别约为,