就擰個螺栓而已，竟然有這麼多學問？

擰緊中的扭矩分配

擰緊一顆螺栓，需要施加一定扭矩旋轉一定角度後才可以完成，這部分的扭矩 角度所做功最終轉為三個部分：

1.螺栓頭下摩擦力消耗

2.螺紋副摩擦力消耗

3.産生預緊力

這個也可以根據以下公式得出：

• Fm= T/ {0.16P （μg * 0.58 * d2）} {（Dkm/2） * μk}

• 預緊力 螺紋副 螺栓頭下

• 定義Definitions

Fm = 夾緊力clamping force

P = 螺距pitch of thread

μg = 螺紋副摩擦系數friction value in thread

d2 = 螺栓直徑diameter bolt

Dkm = 螺栓頭表面尺寸 size of surface bolt (nut)-head

Dkm = (dw dh)/2

μk = 螺栓頭表面摩擦系數fricition value surface bolt-head

一般而言，這三者的比例在10%，40%以及50%，這部分能量的消耗很容易直觀的體會到：10%的夾緊力做功體現在螺栓的被拉伸，40%和50%體現了螺紋副以及螺栓頭下擰緊後摩擦力導緻的發熱。

螺栓的初始設計是按照如上圖的比例來分配三者關系的，如果實際的過程中改變了三者的比例關系，會出現扭矩“合格”，夾緊力不合格的情況。

典型情況1：

螺紋副被額外潤滑

此時螺紋副摩擦系數降低，摩擦力矩變小，施加的扭矩“轉移”給夾緊力，後果有可能是：螺栓拉斷或者工件變形。

典型情況2：

螺栓生鏽或者螺紋副有油漆

此時螺紋副摩擦系數增加，有可能扭矩合格後夾緊力不足。

其它改變摩擦系數的常見情況有：

塗層材料改變，塗層厚度變化，螺栓/螺釘公差，與螺帽旋轉接觸面摩擦系數，工具轉速，墊片增加/減少等。

擰緊技術中的螺栓螺母知識

螺栓擰緊是裝配環節的重要環節，螺栓/螺母在産品壽命周期内必須穩定連接，否則有可能造成嚴重的質量事故，因為螺栓/螺母失效而導緻的安全事故時有發生。

螺栓/螺母的失效方式有以下幾種：

1. 強度不足

螺栓常見強度等級如下，如果螺栓制造商供應的螺栓不能滿足對應的強度要求，螺栓連接的安全性也無法得到保障。

2. 螺紋副強度不足

按照ISO898要求，與螺栓配合的螺紋副/螺母強度要與螺栓本身強度相匹配，比如螺栓強度為10.9的螺栓，應采用強度為10的螺母。

3. 螺紋副高度

同樣根據ISO898要求，螺母或者有效螺紋連接高度一般大于公稱直徑D的0.8以上，比如M10的螺栓與之匹配的螺母高度不得低于8mm。

螺栓/螺母機械強度測試

螺栓/螺母機械強度的測試方法很多，比較權威的方法是依據ISO898-1以及ISO898-2，對于螺栓的機械抗拉強度測試方法如下：固定螺栓兩端，通過萬能材料試驗機産生軸向拉力，通過軸向拉力/軸向拉伸量獲得螺栓的機械性能指标。

軸向拉力/軸向拉伸量：

螺母/螺紋副的機械強度測試，如下圖示意：

1. 實驗載荷一般在抗拉強度的88%-94%之間

2. 持續載荷15S

3. 需确保螺杆沒有永久變形

4. 15S後手動可以将螺紋旋出，則表示螺母/螺紋副強度合格

小貼士：

螺栓/螺母的失效形式有：

滑牙，疲勞失效，塗層失效，螺紋副脫落，電化學腐蝕，拉斷，剪斷，過度衰減等。

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