螺纹拧紧知识

汽车螺纹拧紧知识——紧固通则及拧紧试验

2002.3.10汇报内容1、螺纹紧固基本概念2、螺纹紧固的实质3、螺纹拧紧方法4、螺纹紧固控制及监测方法5、汽车螺纹紧固控制工具6、螺纹紧固试验方法一、螺纹紧固基本概念

螺纹紧固定义：拧紧螺栓或螺母，使螺栓承受拉力、被连接件承受压力螺纹连接定义：用螺栓-螺母或螺钉拧入内螺纹，使两个及其以上的被连接件达到紧固弹性塑性紧固弹性紧固定义：

紧固时外螺纹的变形在弹性区域内塑性紧固定义：紧固时外螺纹的变形在塑性区域内弹性塑性紧固图例紧固轴力轴力F：作用在外螺纹件轴向拉力（被连接件夹紧力）屈服紧固轴力Ffy：

拧紧时螺栓达到屈服的轴力极限紧固轴力Ffu：

拧紧时螺栓发生簖裂的轴力紧固轴力图例二、螺纹紧固实质轴力F

轴力F

螺纹副摩擦力FS支承面摩擦力FW

螺纹副摩擦力FS：

外螺纹侧面与内螺纹侧面间摩擦力支承面摩擦力FW：螺母或螺栓与被连接件表面间摩擦力螺纹紧固受力分析紧固受力比例FFW

10%

50%

40%

FS

初始预紧力预紧力：紧固时作用在外螺纹件上的拉力或作用在被连接件上的压力初始预紧力：刚完成紧固时的预紧力螺纹紧固实质——保证达到初始预紧力三、螺纹拧紧方法选择螺纹连接的拧紧方法，应在充分理解各种拧紧方法特性的基础上，按初始预紧力离散度（用紧固系数Q表示）、预紧力大小、使用条件等进行。拧紧方法有：扭矩法、转角法、扭矩斜率法（见下表）扭矩法扭矩法特点：利用扭矩值与预紧力的线性关系，只对紧固扭矩（Tf）进行控制，操作简便。使用范围：弹性区域检测工具：扭力检测器（指针/表盘扭力扳手、扭力传感器等）★由于紧固扭矩的90%左右被螺纹和支承面扭矩所消耗，初始预紧力的离散度随着拧紧时摩擦损耗等因素的控制程度而变化，所以离散度较大紧固扭矩和预紧力的关系

关系式（弹性区内）：

Tf

=Ts+Tw

=KFfd

影响预紧力的因素预紧力：Ff

=T/Kd表面状态（μS

、μw）将直接导致扭矩系数K变化在采用同一扭矩紧固时：1、表面摩擦系数上升，K值变大，则预紧力Ff不足2、表面摩擦系数下降，K值变小，则预紧力Ff增大，可导致螺纹连接破坏失效附：摩擦系数与扭矩系数对照表紧固扭矩目标值确定Tf=Ts+Tw=KFfd1、确定零部件装配夹紧力，得出预紧力Ff2、确认屈服紧固轴力Ffy＞（1+0.01m）Ff3、通过试验，测出其表面及螺纹副状况下的K值，即综合考虑各种因素影响，制定合理的工艺参数4、根据公式计算目标扭矩屈服扭矩目标值确定1、按螺纹应力截面积（As）及其等效直径（dA）

计算出屈服紧固轴力Ffy2、根据公式计算屈服紧固扭矩附：摩擦系数、屈服紧固轴力、屈服紧固扭矩对照表转角法转角法特点：将螺栓与螺母的相对回转角度，即紧固转角θf作为指标进行初始预紧力的控制方法。适用范围：弹性区域或塑性区域检测工具：分度器、电器测定等★

转角对离散度影响较小，具有可较大限度地利用螺栓强度的优点（即可获得较高的预紧力）同时，对螺栓自身的屈服强度及抗拉强度要求较高紧固转角与预紧力的关系关系式（弹性区内）：确定转角的因素关系式：当预紧力确定时，转角只与转角系数Km有关

（转角系数

Km：即θf–Ff

曲线图弹性区斜率值η）

Km=1/Kb+1/Kc

Kb：螺栓拉长弹性模量

Kc：被连接件压缩弹性模量

弹性模量Kb、Kc

上升，则设定转角θf下降扭矩斜率法扭矩斜率法特点：以θf–Ff曲线图中的扭矩斜率值的变化作为指标进行初始预紧力的控制方法。适用范围：塑性区域紧固工具：由于紧固时，需同时测定紧固扭矩及紧固转角值，还需对斜率进行计算和比较，一般用：带电器计算器或微型电脑等计算装置的工具（如螺母拧紧机）★

该方法具有可最大限度地利用螺栓强度的优点，同时，对螺栓自身的屈服强度及抗拉强度有严格的要求紧固转角相对应的预紧力及紧固扭矩四、螺纹紧固控制及检测方法1、预紧力过程控制方法：

A、扭矩直接控制法

B、扭矩控制—转角监控法

C、屈服点控制法

D、螺栓长度法2、拧紧检测方法：

A、事后法

B、过程法扭矩直接控制法扭矩控制法是一种较常见的控制方法扭矩时间0T

minT

max

扭矩控制法受扭矩系数影响较大，90%以上用于克服摩擦力，精度很低，一般使用在非关键部位。扭矩控制—转角监控法扭矩MaxMin起始扭矩角度MaxMin设定角度1、先使用扭矩法将确定转角控制的起始点：20%N2、从起始点计算转角，同时记录扭矩扭矩控制—转角监控法

该方法装配精度高，可控制在5%以内，一般用于较高的装配部位，抗松动、抗疲劳性能较佳，为拧紧装配工艺的发展方向屈服点控制法扭矩角度1、拧紧系统先将螺栓拧至一起始力矩（50%），然后系统不断计算扭矩/转角斜率，当螺栓材料达到屈服点（扭矩不再增加，而角度增加很快）斜率急剧下降，则系统发出控制信号起始扭矩2、得到信息后，系统略微停顿，再转10°左右螺栓长度法1、螺栓长度法主要是在装配过程中测量螺栓的伸长量，来控制螺栓的装配，从而达到直接控制螺栓轴向预紧力2、测量方法：红外测长仪、超声波测长仪等高精度的动态测量仪（将螺栓变形量转换成螺栓轴向力）3、事例：泰山核电站部分重要螺栓采用螺栓长度法控制螺栓装配拧紧检测方法事后法：装配过程完成后，再进行检测，一般用精度＜3%的机械式扭力扳手或电子式扭力扳手

检测方法有三种：1、松开法螺纹副松开时瞬时值该方法误差大，松开扭矩小于实际扭矩（10-20%）2、标记法作标记，先松、再紧至记号处时值该方法有可能改变摩擦系数及损坏防松紧固件3、紧固法螺纹副紧固瞬时值该方法对测试人员技术水平及熟练程度要求较高上述方法对特殊要求的防松、密封胶螺栓及采用转角和屈服点控制装配的螺栓不适用拧紧检测方法过程法：装配过程中进行检测检测方法有四种：1、传感器直接测量法2、固定传感器法3、传感器替换法4、传感器延伸法上述方法主要采用机电一体化化螺母拧紧机，在装配过程中直接控制，只需对拧紧机进行定期标定扭矩的变化螺纹拧紧后，30s内发生扭矩变化30s1、硬连接扭矩增加2、软连接扭矩衰减采用过程法检测，可有效的控制初始预紧力五、汽车螺纹紧固控制工具六、试验方法前言——螺纹受力状态特殊性1、螺栓的拧紧过程受到端面摩擦及螺纹副摩擦状态的影响2、测试扭矩与紧固扭矩（初始预紧力）之间的扭矩变化,及检测工具精度3、螺栓拧紧失效部位及失效方式受到螺栓结构及加工条件的影响4、螺纹根部的缺口效应造成应力与应变的集中试验测定项目试验测定项目：螺纹连接副的紧固特性值试件装夹装置试验装置可自动或手动操作,对螺母施加紧固扭矩,扳拧速度以4r/min为宜.试件只能使用一次试验中,扳拧螺母时,螺栓及弹簧垫圈不得转动.紧固特性值计算1、扭矩系数极限紧固轴力80%50%①.50-80%屈服紧固轴力内取点②.测定紧固轴力及紧固扭矩③.根据公式

K=Tf

/（FfD）④.测定多组（8组），求得平