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你了解螺栓的擰緊力矩標(biāo)準(zhǔn)嗎？

瀏覽次數(shù)：1864 發(fā)布時(shí)間：2023-12-12

擰緊力矩和破壞扭力是兩個(gè)概念,擰緊力(矩)是指螺絲擰入工件的建議值;破壞扭力(即破壞扭矩)指將螺絲擰斷的最小值(詳見緊固件的破壞扭矩標(biāo)準(zhǔn)GB3098.13),很顯然,擰緊力矩是少于破壞扭矩的。

普通螺栓擰緊力矩：

公制螺栓扭緊力矩：Q/STB 12.521.5-2000

范圍：本標(biāo)準(zhǔn)適用于機(jī)械性能10.9級(jí),規(guī)格從M6-M39的螺栓的扭緊力矩,對(duì)于使用尼龍墊圈、密封墊圈、其它非金屬墊圈的螺栓,本標(biāo)準(zhǔn)不適用。

注：對(duì)于設(shè)計(jì)圖紙有明確力矩要求的,應(yīng)按圖紙要求執(zhí)行。

螺栓預(yù)緊力的選用和螺栓強(qiáng)度校核

螺栓作為連接件,使用十分廣泛, 其在機(jī)車車輛、航太航空、風(fēng)電機(jī)組上的使用環(huán)境大多是高強(qiáng)度高應(yīng)力, 而在乘用車主要部件的使用環(huán)境大多是低應(yīng)力卨周期,但仍然存在著極大的隱患。從安全角度來(lái)說(shuō),螺栓所聯(lián) 接的部件都是很昂貴的。所以,螺栓失效時(shí),損壞的不僅僅是它們本身,而是整個(gè)產(chǎn)品。

螺栓連接作為汽車裝配上的重要應(yīng)用,據(jù)有關(guān)資料介紹,根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)上的螺紋緊固件通常在1500-2000 顆左右,品種更是高達(dá)100個(gè)以上,規(guī)格也是從M6-M30不等,而其中大約 100顆是與車輛的安全性能有密切聯(lián)系的。而做為在裝配過(guò)程中最重要的螺栓規(guī)格及預(yù)緊力的選用,存在理論上的不足和認(rèn)識(shí)的誤區(qū)。

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不論螺紋緊件作為連接或密封作用,還是需要裝配的子零件,都有一定的屈服極限。在裝配過(guò)程中,如果預(yù)緊力過(guò)大,使零件的變形量超過(guò)零件的屈服強(qiáng)度,零件就會(huì)損壞。故裝配件要長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定有效工作,設(shè)計(jì)人員必須對(duì)螺栓預(yù)緊力進(jìn)行規(guī)范設(shè)計(jì)。

螺栓預(yù)緊力的選用

螺栓作為重要的連接件,在總成件安裝時(shí)必須擰緊,在連接承受工作載荷之前,預(yù)先受到力的作用,這個(gè)預(yù)加的力就是預(yù)緊力;預(yù)緊的目得到是為了增強(qiáng)連接的可靠性和緊密性,防止總成安裝件在工作時(shí)候,受到力的作用,各連接件之間出現(xiàn)縫隙或相對(duì)滑移,所以在總成件的設(shè)計(jì)中,必須對(duì)預(yù)緊力的大小進(jìn)行規(guī)范設(shè)計(jì)。

合理選用預(yù)緊力

在專業(yè)的螺栓緊固裝配中,一般都配有標(biāo)準(zhǔn)扳手,不同的直徑規(guī)格的螺栓使用不同長(zhǎng)度的扳手。扳手長(zhǎng)度為螺栓直徑的15倍左右,在這個(gè)基礎(chǔ)上使用專業(yè)的力學(xué)工具可以體現(xiàn)準(zhǔn)確的擰緊力矩,達(dá)到量化的預(yù)緊力,對(duì)於一些關(guān)鍵件和重要件尤為重要。一旦使用大規(guī)格長(zhǎng)扳手?jǐn)Q緊小規(guī)格的螺栓,往往會(huì)造成拉過(guò)緊,破壞零件本身使整個(gè)連接構(gòu)件失效。

在擰緊螺母時(shí),兩個(gè)或者多個(gè)零件被壓緊,零件自身被壓縮,就像彈簧的壓縮變形一樣,在螺母和螺栓與裝配件之間的接觸表面零件自身會(huì)產(chǎn)生很大的力,這個(gè)力會(huì)使得螺栓發(fā)生拉仲變形,經(jīng)計(jì)算該應(yīng)力是簡(jiǎn)單的軸向拉力的1.3倍,螺栓產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過(guò)材料的強(qiáng)度極限時(shí),螺栓就被拉斷了。僅僅按操作者的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行螺栓的緊固,對(duì)於批量生產(chǎn)的產(chǎn)品是非常不科學(xué)的。對(duì)於長(zhǎng)扳手?jǐn)Q緊小螺栓時(shí),更應(yīng)該注意預(yù)緊力的大小,避免發(fā)生過(guò)度預(yù)緊的現(xiàn)象。

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使用標(biāo)準(zhǔn)扳手時(shí),施加力大小可參照表1。

表1常用規(guī)格螺栓扳手長(zhǎng)度及施加力參考值：

常用規(guī)格螺栓的扭矩值

表2列出部分常用規(guī)格螺栓不同性能等級(jí)所對(duì)應(yīng)的緊固扭矩值。

對(duì)于設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō),該連接處的預(yù)緊力需要多大,才能既達(dá)到零件的工作要求,又不大於螺栓的安全應(yīng)力,這就需要計(jì)算出該處所需的應(yīng)力最小值,以此數(shù)值來(lái)選用合適的螺栓緊固件。施加於螺栓緊固件上的預(yù)緊力,上限值取決於螺栓緊固件的屈服強(qiáng)度,下限值取決於滿足工作需要所需提供的最小預(yù)緊力。

常用規(guī)格螺栓的緊固扭矩值：

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螺栓規(guī)格的合理選用

機(jī)車車輛、機(jī)械裝備、汽車的裝配是實(shí)現(xiàn)總成件,尤其是大型總成裝配件生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié),零部件之間的連接通常通過(guò)螺栓來(lái)實(shí)現(xiàn),特別是關(guān)鍵部位的螺栓, 其連接品質(zhì)決定著總成裝配件的可靠性。由於螺栓施加預(yù)緊力的數(shù)值影響了螺紋的連接品質(zhì),在保證采用合適預(yù)緊力裝配的前提下,選用合適的螺栓規(guī)格,非常重要。對(duì)於螺紋緊固件來(lái)說(shuō),它們的性能參數(shù)都是在一定的范圍內(nèi)變化的,所以基本是有參考值的,因此計(jì)算出該緊固連接處的螺栓規(guī)格在性能上,是否達(dá)到工作強(qiáng)度要求,是設(shè)計(jì)人員必須考慮的。

強(qiáng)度計(jì)算：手冊(cè)中的螺栓連接

現(xiàn)行的汽車行業(yè)螺栓強(qiáng)度分析基本都是基於(機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè))的理論計(jì)算,由於安全系數(shù)要求有較高的強(qiáng)度馀量,所選螺栓強(qiáng)度會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高於所需強(qiáng)度,進(jìn)行計(jì)算時(shí),首先是根據(jù)連接的類型、裝配情況、載荷狀態(tài)等條件,確定螺栓的受力,然後按相應(yīng)的強(qiáng)度條件計(jì)算螺栓危險(xiǎn)截面的直徑或校核其強(qiáng)度。

螺栓連接裝配時(shí),其螺栓危險(xiǎn)截面的拉伸強(qiáng)度條件為:

其中F2為螺栓總拉力,F0為螺栓預(yù)緊力,其中：

為螺栓相對(duì)鋼度,取值為0.2-0.3。

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VDI2230標(biāo)準(zhǔn)的螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算

VDI2230《高強(qiáng)度螺栓連接的系統(tǒng) 計(jì)算強(qiáng)度校核》標(biāo)準(zhǔn),在德國(guó)及其它國(guó)家已獲得廣泛應(yīng)用,適用於高強(qiáng)度螺栓的強(qiáng)度校核,使用該標(biāo)準(zhǔn)校核最大載荷下的工作應(yīng)力。

VDI2230標(biāo)準(zhǔn)在用於校核螺栓強(qiáng) 度方面,更加注重螺栓本身的各段尺寸,并將預(yù)緊力引起的螺栓扭轉(zhuǎn)應(yīng)力,以及螺紋摩擦系數(shù)精細(xì)的考慮在內(nèi),相對(duì)於《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》粗放大的相對(duì)剛度系數(shù),該標(biāo)準(zhǔn)有效的降低了強(qiáng)度浪費(fèi)。

結(jié)論：

螺紋緊固件在機(jī)車車輛、航太航空、風(fēng)電機(jī)組和汽車上的運(yùn)用是普遍的,但是對(duì)高強(qiáng)度螺栓重視程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,近幾年頻繁發(fā)生由於螺栓斷裂引發(fā)的事故,可以看出螺栓雖小,但位置關(guān)鍵,各大公司,特別是國(guó)際品牌對(duì)高強(qiáng)度螺栓的選用設(shè)計(jì)也是非常嚴(yán)格的,但是也發(fā)生由於螺栓強(qiáng)度不足發(fā)生事故, 應(yīng)該引起我們對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的關(guān)注。德國(guó)VDI-2230《高強(qiáng)度螺栓連接的系統(tǒng)計(jì)算強(qiáng)度校核》標(biāo)準(zhǔn),相對(duì)於《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》的計(jì)算方式,更注重強(qiáng)度的有效利用,計(jì)算中考慮了溫度、截面變化和摩擦系數(shù)等細(xì)節(jié)方面,為螺栓的強(qiáng)度校核提供了更加貼近事實(shí)的支援。

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