大多數機械工程師進廠實習的第一個工種就是扛着扳手擰螺栓，可是你是否知道，費了九牛二虎之力擰緊的螺栓，隻有10%轉化為有效的螺栓預緊力。

要把這個解釋清楚我們首先要了解下，螺栓為什麼要打力矩，然後再解釋下"扭矩"、"預緊力"、"摩擦力"在螺栓安裝中如何存在的。

我們常說的把螺栓擰緊，其實是給螺栓施加一個力矩。施加力矩就是我們常說的打力矩。

力矩=力*力臂長度

在扳手上用力，其實就是為了給螺栓施加力矩。

但是螺栓之所以能将零件連接，最根本的不是因為受到了"擰力"，而是因為螺栓有了一個拉伸力，在螺栓的拉伸力的作用下，兩個被連接件緊緊的抱在一起，而且兩個加緊的零件的接觸面之間還能産生較大的摩擦力，實現了零件的連接。

螺栓拉伸，連接件壓緊

所以說，打力矩隻是一個實現拉伸螺栓的一種途徑，是一種最簡單，而又可以衡量的方法。如果能有一種更簡單的方法将螺栓直接拉伸并鎖緊，那麼我相信就不會再使用打力矩的方法了。

因為打力矩真的是一種費九牛隻得一好的事情。

上面我們講了，打力矩就是為了提高螺栓的拉伸力，那麼我們費了半天勁施加的力矩，有多少能真正的轉化為螺栓的拉伸力呢？這裡我們就來講講螺栓連接中的預緊力和摩擦力。

預緊力。螺栓的屬性可以與彈簧相比較。當彈簧被拉伸時，有一個反作用力試圖将其拉回到其最初的形狀。同樣螺栓是合金鋼金屬材料，它是有彈性的，當受到的力越來越大時會變長。隻要這個力小于螺栓材料屈服點，當力減小時螺栓就會恢複到其初始形狀。該力被稱為拉伸力，夾緊力或預緊力。

摩擦力。當螺栓向下旋緊時，旋轉的動作會轉變成線性的作用，使螺栓被拉伸受力，同時與螺栓接觸的地方受到力逐漸上升，摩擦力也會逐漸上升。比方螺紋之間，旋轉的螺栓與固定的連接件之間，都會有非常大的摩擦力。

經常擰螺栓的小夥伴會有體會，螺栓擰緊後，螺栓會變的比較熱甚至有點燙手，這就是摩擦産生的熱量。

大量的試驗證明，螺栓力矩和預緊力之間遵循九一原則，即力矩的90%被摩擦力消耗掉了，隻有10%轉化為預緊力。這90%的摩擦力，被45% 45%分配給螺栓頭和螺紋，或者被50% 40%分配給螺栓頭和螺紋。

螺栓連接的九一原則

所以，機械财經才會說，打力矩是費九牛力隻得一好的事情。就是因為這個九一原則導緻扭矩上緊法并不是非常高效。

既然打力矩這麼費力才得了這麼一點好處，那麼我們打力矩重要麼？

答案是非常重要。

施加力矩目的就是得到預緊力，目前為了得到有效的螺栓預緊力，施加力矩是最簡單的方法，而且施加正确的力矩對于确保正确的夾緊力和安全的螺栓連接至關重要！

被連接件因為有了預緊力而被牢牢的連接在一起。螺栓因為有了拉伸力，才在螺栓的螺栓之間有了摩擦力，螺栓以及螺母的接觸面之間也有了摩擦力，螺栓才有了防止松動的作用。我們在後面幾期将在螺栓的強度校核的時候會講到防松的原理，大家也會理解到拉伸對于螺栓的重要性。

既然預緊力或拉伸力這麼重要，那怎麼才能提高或者保證拉伸力呢？

為了更準确的将螺栓拉伸到接近屈服，工程師們也是想了很多的辦法，如在螺紋上塗潤滑劑，減少摩擦，通過實驗證明這個方法比較有效，也一些應用。還有一些螺栓有特殊塗層，也是為了有較小摩擦的作用。

然後還有比較常用的扭矩轉角法和液壓拉伸器兩種方法。

扭矩轉角，顧名思義，就是螺栓在打緊力矩後還要再施加一個角度。機械财經在上面說到了，螺栓在擰緊的過程中受到的摩擦力抵消了很大一部分扭矩，也就是說剩下的10%的扭矩轉化成預緊力也隻是個大概值，根據被連接的屬性，這10%也有很大偏差，也就是說，即使用力矩扳手給螺栓施加了精準的扭矩，螺栓的拉伸力也很難确定。

為了得到更多更準确的拉伸力，工程師們想出了一個辦法，就可以通過實驗方法，測出施加精準扭矩後再逐步的按角度擰緊螺栓，直到螺栓接近屈服，就這樣出現了扭矩轉角的方法。當然也可以超過屈服點到達塑性區。

a.扭矩轉角法至屈服點；b.扭矩轉角法至塑性區

這個轉角的度數和被連接件材質，塗漆等有關系，所以轉角值是需要實驗測量的。

這個方法比較适合流水線産品，如汽車，發動機。工程師可以對不同位置的螺栓做一次實驗，就能得到了扭矩和轉角值，隻要設計不做更改，那麼扭矩轉角的值就可以保持下去。

在重工領域，對螺栓的拉伸力要求的更是格外嚴格，一種液壓拉伸器工具孕育而生。

标準螺栓拉伸器帶有一個液壓缸，該液壓缸可以對拉伸頭施加力，而拉伸頭和螺栓螺紋配合，進而将螺栓拉長。

如下圖，拉伸器的拉伸頭通過螺絲擰到螺栓的伸出部分上，位于螺母上方。它将液壓缸産生的拉力傳遞到螺栓上。液壓缸在液壓油壓力作用下，液壓缸推壓支撐座，産生對拉伸頭的拉力。支撐座套在待緊固組件的螺栓外。它通過液壓缸施加在螺栓上的拉力的反作用力，将壓力傳遞到待緊固組件上。如果組件使用标準螺母，可以使用螺母套來擰緊螺母。螺母套外側面有徑向鑽孔，用來插入調節棒。在液壓缸施加拉力時，用來旋緊螺母套。

液壓拉伸器

液壓拉伸器可以非常準确的将螺栓拉伸至屈服點，而不用考慮被連接件之間的差異。隻要知道螺栓的材質和尺寸，就可以計算出需要多大的拉伸力。可以說将螺栓的拉伸力用到了極限。

但是這個方法也有很多局限性，對安裝空間要求比較多，節拍也比較慢，所以比較适合重工行業，如鋼鐵行業、石油、石化行業，大型的化工機械、壓力容器等設備的裝配。

今天我們主要講了，螺栓連接中，是什麼哪個力最終實現了螺栓連接的作用，就是螺栓的預緊力或者叫做拉伸力。為了得到這個拉伸力，我們要給螺栓施加比較準确的力矩，所以擰螺栓的時候一定要使用力矩扳手。

機械财經還介紹了兩種提高預緊力的方法。說了這麼多，都是要告訴大家，螺栓之所起起作用，最主要的就是提高拉伸力，并且提高拉伸力也是最有效的防止螺栓松動的方法，後期我們還會更深入的和大家探讨。

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