螺栓和擰緊資料講解學習

1、螺栓和擰緊資料1.0 螺栓的基礎知識1.1 螺栓的尺寸性能1.2 螺栓的機械性能1.2.1 抗拉強度、屈服強度和延伸率 1.2.1.1 應力應變曲線1.2.1.2 抗拉強度的檢測方法加載速度不能超過30MPa/S1.2.2 頭部堅固性 將頭部彎曲90-角，不允許在過渡圓角處產(chǎn)生斷裂對于全螺紋的螺栓，只要未發(fā)生掉頭現(xiàn)象，允許在第一扣處產(chǎn)生裂紋 對于六角頭或方頭螺栓，其頭部應支撐在棱邊上。本試驗通過對螺栓頭在垂直方向上敲打幾錘使螺栓頭部折彎90-角 1.2.3 楔負載o這種嚴格的拉伸試驗可以把那些可能在其頭部與桿部的交接處沒有足夠的變形能力的螺栓暴露出來。這些螺栓受到過度的冷變形加工，或具有過多的

2、特殊冶金成分1.2.4 硬度 注: 在有爭議的情況下，以維氏硬度為準1.2.5 延遲斷裂o該項性能適用于質量級別9.8級以上的螺栓，也適用于帶錐形彈性墊片的螺栓。也可以用于檢測鍍鋅后的氫脆o用于該檢查的裝置見圖 7。o在試驗時在螺栓上施加一個擰緊力矩獲得預緊力： F=95%Re*AS 在預緊力下保持48小時，不應該在螺栓上觀察到任何開始斷裂的跡象及裂紋 1.2.6 摩擦系數(shù)o本試驗的目的在于檢查與一定大小的預緊力相對應的擰緊力矩是否落在規(guī)定的范圍內o該檢查可以從總體上評價緊固件的摩擦性能，包括：結構、粗糙度、表面涂層等特征參數(shù)的一致性 o摩擦系數(shù)的檢測有兩種方法： 1、摩擦系數(shù)是一個確定的值。

3、例如：0.1520%。 可以使用摩擦系數(shù)試驗機直接測量。除非另有說明，一般都是： 0.1520% 2、給定預緊力和擰緊力矩的范圍。 可以使用摩擦系數(shù)試驗機測量，也可以通過其它的專用設備完成1.2.7 機械性能試驗說明o1、由于檢測方法的不確定性，螺栓的屈服強度只做為理論計算時的依據(jù)，在做機械性能試驗時不檢查該項內容。o2、楔負載試驗=抗拉強度試驗+頭部堅固性試驗o3、由于尺寸限制無法做抗拉強度試驗時，可以用硬度替代1.3 螺母與螺栓的匹配o一般來講螺栓應該匹配同級別的螺母，也可以使用高一級別的螺母。但絕對不能使用低一級別的螺母小結一o一、螺栓的基本性能 1、尺寸性能 2、質量級別o二、螺栓的試

4、驗方法 1、抗拉強度 2、摩擦系數(shù) 三、螺栓和螺母的匹配1.4 螺栓在文件中的表達方式o1、螺栓的命名規(guī)則 在PSA標準里，螺栓的名稱體現(xiàn)了它所有的性能和主要的 尺寸參數(shù)。它的具體規(guī)則如下：名稱 頭部形式 頭下形式 特殊要求 公稱直徑和螺距 頭下長度 質量級別 鍍層形式 尾端形式 摩擦系數(shù) 例如： VIS H EMB ENDUC M10X150 L30 AC8 DAC500A CC FF o2、零件上的標識方法 螺栓上的標識必須包含以下兩個信息: 1、供應商的廠家標識 ；如：EQ表示供應商是東風61 2、質量級別；如：8.8表示質量級別是8.8級o3、在明細表里的表達方式 在明細表里，除了有螺

5、栓的名稱外，還有關于螺栓擰緊方面的信息。它的編碼規(guī)則如下：（以力矩法為例） 擰緊方式 摩擦系數(shù) 力矩及誤差 例： VNB FT12/18 C30%251.5力矩的選用原則o力矩產(chǎn)生的應力不能超過螺栓屈服強度的95%o最佳應力范圍應在螺栓屈服強度的50%-85%1.5.1 螺栓力矩和應力的對應關系o針對ISO標準的螺栓，力矩和應力的對應關系可以使用以下經(jīng)驗公式：oPSA集團使用的公式 o中國行業(yè)經(jīng)驗公式 C=0.2*F*d1.5.2力矩推薦值螺紋規(guī)格(AC8.8)緊固力矩(NM)無法蘭面有法蘭面M545M689M82024M10X1.254045M104045M12X1.257085M12707

6、51.6 螺栓的制造工藝o普通螺栓制造工藝 原材料進廠檢驗酸洗退火磷化拉絲冷鐓搓絲熱處理表面處理o高強度螺栓制造工藝 原材料進廠檢驗酸洗退火磷化拉絲冷鐓熱處理滾絲表面處理1.6.1螺栓工藝中應注意:o1、穿墊螺栓應首選熱處理后再穿墊滾螺紋o2、穿墊螺栓應避免表面鍍鋅1.6.2 過程審核時的要點小結二o一:螺栓擰緊的表達方式和選用原則 1、螺栓名稱表達方式的含義 2、螺栓擰緊表達方式的含義 3、螺栓力矩的選用o二:螺栓的制造工藝 1、螺栓的制造工藝 2、螺栓過程審核的要點 擰緊擰緊2.0 概述o使用螺栓裝配是為了在兩個零件間產(chǎn)生足夠的聯(lián)結應力，使用螺栓裝配是為了在兩個零件間產(chǎn)生足夠的聯(lián)結應力，避

7、免在受到外應力作用時出現(xiàn)分離和滑落，并易于卸裝。避免在受到外應力作用時出現(xiàn)分離和滑落，并易于卸裝。確保以下功能：確保以下功能： 1 1、密封。如：缸蓋螺栓、密封。如：缸蓋螺栓 2 2、動載和靜載的傳遞、動載和靜載的傳遞2.1 裝配模型設計o因此可以通過并列的兩個彈簧（圖因此可以通過并列的兩個彈簧（圖10）來建立總成模型：一個剛度）來建立總成模型：一個剛度Ka表表示裝配件，另一個示裝配件，另一個Kb表示螺栓（或螺母）。表示螺栓（或螺母）。o在應力在應力F0下緊固（自由狀態(tài)轉為預加載荷狀態(tài)下緊固（自由狀態(tài)轉為預加載荷狀態(tài)) ，裝配零件壓縮至，裝配零件壓縮至D0a，螺釘拉伸至螺釘拉伸至D0b（圖（圖

8、4）。）。o完成裝配后，受到外軸向應力完成裝配后，受到外軸向應力Fez的作用的作用,零件被卸載，螺釘被拉伸。根零件被卸載，螺釘被拉伸。根據(jù)其剛度，外應力分布在固定零件和裝配零件上。伸長率在螺釘上變?yōu)閾?jù)其剛度，外應力分布在固定零件和裝配零件上。伸長率在螺釘上變?yōu)镈b,在零件上變?yōu)閴嚎s在零件上變?yōu)閴嚎sDa。螺釘上可見應力部分為。螺釘上可見應力部分為Fb，零件上則為，零件上則為Fa。力的平衡表現(xiàn)為力的平衡表現(xiàn)為: Fez + (F0-Fa) (F0+Fb) = 0.o零件全部卸載會脫落，應力零件全部卸載會脫落，應力Fa部分等于預加應力部分等于預加應力F0。F0 - Fa = 0 而而 F0+Fb =

9、 Fez 時，表明螺釘受到整個外應力時，表明螺釘受到整個外應力o令：令： （ ：載荷系數(shù)）：載荷系數(shù)）o o o所以：所以：o總成剛性系數(shù)總成剛性系數(shù)Ka要遠遠高于螺釘剛性系數(shù)要遠遠高于螺釘剛性系數(shù)Kb,所以載荷系數(shù)所以載荷系數(shù)一一般接近般接近0，1（Ka是是Kb的十倍）的十倍）2.2 螺栓上的載荷1、螺栓上的拉應力（靜載荷）可用下圖表示 2、螺栓上的拉應力（動載荷）可用下圖表示o由圖可知,當,Fo一定時,可獲得較大的靜態(tài)載荷Fez。也就意味著能抵抗更大的靜態(tài)外力。若要，則Ka，Kb?？梢圆捎檬褂脛傂月菟ǎㄖ睆酱?，長度短）和增加彈性零件（如：使用墊圈）。但此時，附加在螺栓上的動態(tài)載荷的振幅也將

10、很大。o由圖可知,當,Fo一定時,可獲得較小的靜態(tài)載荷Fez。也就意味著能抵抗較小的靜態(tài)外力。若要 ，則Ka ，Kb。可以采用使用彈性螺栓（直徑小，長度大）。但此時，附加在螺栓上的動態(tài)載荷的振幅也將很小2.3 緊固部件的動力性能疲勞強度2.3.1 允許極限應力耐久性o在緊固裝配平均應力下（在緊固裝配平均應力下（sm=0.5到到0.8.Re），允許交替應力），允許交替應力sa與與平均應力平均應力sm之間存在一定聯(lián)系（之間存在一定聯(lián)系（200MPa的的 sm變化，相對有變化，相對有10MPa sa的變化）的變化）o允許交替應力允許交替應力sa獨立于質量分類外，實際上，對于受到冷滾和熱處理獨立于質量

11、分類外，實際上，對于受到冷滾和熱處理分類分類8.8的螺栓，的螺栓，50MPa動力條件下的應力振幅可以近似看作一個動力條件下的應力振幅可以近似看作一個不能超過的值。不能超過的值。o允許交替應力允許交替應力sa隨著螺釘直徑的變化而變化，對于應力周期數(shù)高于隨著螺釘直徑的變化而變化，對于應力周期數(shù)高于106和質量等級和質量等級8.8的情況，我們可以采用圖的情況，我們可以采用圖16中提供的數(shù)值。中提供的數(shù)值。o對于質量等級對于質量等級8.8和介于彈性極限和介于彈性極限Re或或Rp0.2 的的50與與90%的平的平均應力，就靜力條件下的性能而言疲勞應力是十分低的，并且疲勞應均應力，就靜力條件下的性能而言疲

12、勞應力是十分低的，并且疲勞應力與所考慮的直徑和質量分類無關力與所考慮的直徑和質量分類無關o微弱疲勞耐受力以及根據(jù)質量等級產(chǎn)生的微小變化，通過低載荷下螺微弱疲勞耐受力以及根據(jù)質量等級產(chǎn)生的微小變化，通過低載荷下螺紋底部塑性形變的大小表示出來，這種形變是由于應力分布的不均勻紋底部塑性形變的大小表示出來，這種形變是由于應力分布的不均勻和高度集中而產(chǎn)生的（圖和高度集中而產(chǎn)生的（圖17）。）。小結三o擰緊的原理 預緊力和剛度系數(shù)決定了擰緊系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能2.4 螺釘緊固方法o以下幾頁的圖表（建立在低摩擦下缸蓋螺釘緊固曲線圖以下幾頁的圖表（建立在低摩擦下缸蓋螺釘緊固曲線圖上）表示通常采用的各種緊固方法

13、下張力分布。張力分上）表示通常采用的各種緊固方法下張力分布。張力分布不僅依賴于力矩分布，同樣很大程度受到摩擦分布影布不僅依賴于力矩分布，同樣很大程度受到摩擦分布影響。響。o由于機械制造應力使摩擦分布（大約由于機械制造應力使摩擦分布（大約20%）很難減少。）很難減少。2.4.1 力矩緊固 o這是最常用的方法：直到獲得一定強度力矩時才擰緊。這這是最常用的方法：直到獲得一定強度力矩時才擰緊。這只需有一把扭力扳手即可完成手動擰緊，或在螺釘擰緊鏈只需有一把扭力扳手即可完成手動擰緊，或在螺釘擰緊鏈中安裝一個扭力計即可完成機器擰緊。中安裝一個扭力計即可完成機器擰緊。o力矩擰緊造成張力分布是力矩分布的兩倍。擰

14、緊工具不能力矩擰緊造成張力分布是力矩分布的兩倍。擰緊工具不能得到得到 10% 力矩，使用這個方法張力分布不能低于力矩，使用這個方法張力分布不能低于 25%. 。o然而這個方法要求緊固件高剛性（短螺釘然而這個方法要求緊固件高剛性（短螺釘)，或在裝配時，或在裝配時在同等環(huán)境下用不同長度的螺釘進行在同等環(huán)境下用不同長度的螺釘進行2.4.2 角擰緊o本方法用于在零件安裝中施加相應的預加力矩和確定的擰緊角。本方法用于在零件安裝中施加相應的預加力矩和確定的擰緊角。旋轉角大體上與摩擦無關聯(lián)。旋轉角大體上與摩擦無關聯(lián)。o這個方法通過將其放在一個較低水平上來降低力矩分布的影響。這個方法通過將其放在一個較低水平上

15、來降低力矩分布的影響。角度測量的精確度約為角度測量的精確度約為 5 （甚至是（甚至是3)，角擰緊可以將張，角擰緊可以將張力分布歸為力分布歸為 15%。o方法適用于重要的擰緊和尺寸與彈性性能恒定的零件方法適用于重要的擰緊和尺寸與彈性性能恒定的零件2.4.2.1 力矩和角度控制o自動擰緊工具可以通過角度控制更好地控制緊自動擰緊工具可以通過角度控制更好地控制緊固固2.4.3 塑性區(qū)的緊固o這個方法旨在完成超過螺釘彈性極限的角度緊固。曲線斜這個方法旨在完成超過螺釘彈性極限的角度緊固。曲線斜率更低，張力分布大大的降低。這樣能達到率更低，張力分布大大的降低。這樣能達到 5% 的分的分布。布。o這個方法通常

16、使用在裝配件中，其擰緊長度很長并且受到這個方法通常使用在裝配件中，其擰緊長度很長并且受到低動力應力的作用。必須要求熟悉使用螺釘在塑性領域的低動力應力的作用。必須要求熟悉使用螺釘在塑性領域的性能。它可以優(yōu)化利用螺釘機械性能和對預負荷進行低分性能。它可以優(yōu)化利用螺釘機械性能和對預負荷進行低分布，而且因為保持了最大彈性，所以可以更好的保證避免布，而且因為保持了最大彈性，所以可以更好的保證避免擰松的風險。擰松的風險。2.4.4 彈性極限點緊固（斜率法）o某些擰緊設備可以根據(jù)角力矩梯度更精確的達到彈性極限。通某些擰緊設備可以根據(jù)角力矩梯度更精確的達到彈性極限。通過同時測量力矩過同時測量力矩C和角度和角度

17、A，曲線，曲線C=F（A）的斜率按規(guī)定間）的斜率按規(guī)定間隔計算而得。一旦逐漸減少的預定的值就停止緊固。隔計算而得。一旦逐漸減少的預定的值就停止緊固。2.4.5 擰緊方法和適用范圍2.5 擰緊的失效形式o工作中的破壞通常是錯誤的使用緊固件 1、螺栓級別與螺栓所承受的應力不適應 2、裝配中預緊力過大或過小斷裂原因失效舉例使用環(huán)境偶然沖擊干擾振動裝配擰緊力過大擰緊力過小使用了不合適的墊圈材料選擇鋼號與尺寸不符(未淬透)設計螺栓級別選擇錯誤尺寸選擇錯誤產(chǎn)生彎曲應力表面處理氫脆熱處理表面脫碳回火脆性回火溫度不夠成型螺紋加工缺陷,頭下圓角頭下折疊2.6 緊固件的斷裂位置o螺栓螺紋處斷裂占75%2.7 裝配

18、中預緊力的損失o預緊力的損失是眾多破壞的原因之一，表現(xiàn)為兩種形式： 1、零件永久變形 2、緊固件的自松 永久變形的原因： 1、塑性材料零件的擠壓變形 2、進入塑性范圍（螺栓、支承面等） 自松的原因： 垂直于緊固件的動載最容易引起緊固件的自松。緊固件的直徑越小、預緊力、摩擦力及擰緊高度越大越不容易自松2.8 擰緊檢查o為了使一個總成很好的固定，必須在螺釘上施加足夠的張力為了使一個總成很好的固定，必須在螺釘上施加足夠的張力以避免組件有任何脫離和滑移現(xiàn)象以避免組件有任何脫離和滑移現(xiàn)象o如上面所說，需要預負荷如上面所說，需要預負荷(1-)Fez來避免分離。為避免滑動，來避免分離。為避免滑動，還要施加一

19、個等效預負荷還要施加一個等效預負荷Fexy/fg，其中其中fg 表示零件接觸面表示零件接觸面的摩擦系數(shù)，的摩擦系數(shù)， Fexy表示表示x和和y軸上橫向應力的向量和，即軸上橫向應力的向量和，即o另外預負荷應考慮到零件接頭及其鍍層另外預負荷應考慮到零件接頭及其鍍層(Fj) 自然壓縮的必要應力（自然壓縮的必要應力（tz與與壓縮材料機械件性能相關壓縮材料機械件性能相關-見附錄）見附錄）o安裝時最小預負荷安裝時最小預負荷 ：o我們還可以在上面增加熱應力相關的力我們還可以在上面增加熱應力相關的力o所以，擰緊的檢查實際上是對螺栓上張力的測量所以，擰緊的檢查實際上是對螺栓上張力的測量2.8.1 測量方法o一：擰緊過程中的測量o 1、測量緊固力矩 對于不關鍵的緊固可以采用測量力矩的方式來間接得到張力。對于力矩，簡單的可以使用扭力扳手，對于那些復雜的