《汽車(chē)用螺紋連接的扭矩試驗(yàn)及評(píng)價(jià)方法》

ICS32.020

T40

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CSAEXXX－2023

汽車(chē)用螺紋連接的扭矩試驗(yàn)及評(píng)價(jià)方法

Torquetestandevaluationofthreadedconnectionfor

automobile

在提交反饋意見(jiàn)時(shí)，請(qǐng)將您知道的該標(biāo)準(zhǔn)所涉必要專(zhuān)利信息連同支持性文件一并附上

DraftingguidelinesforcommercialgradesstandardofChinese

medicinalmaterials

2023-XX-XX發(fā)布2023-XX-XX實(shí)施

中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)發(fā)布

T/CSAEXXX－2023

汽車(chē)用螺紋連接的扭矩試驗(yàn)及評(píng)價(jià)方法

1范圍

本文件規(guī)定了汽車(chē)用螺紋緊固連接的扭矩試驗(yàn)及評(píng)價(jià)方法，通過(guò)試驗(yàn)原理、試驗(yàn)方法、數(shù)據(jù)收集

與分析、失效模式的判斷，對(duì)連接副的扭矩適合性進(jìn)行快速、簡(jiǎn)單、可靠的驗(yàn)證和反饋。

本文件適用于汽車(chē)產(chǎn)品中通過(guò)鋼制螺栓、螺釘、螺柱和螺母等緊固并采用扭矩法擰緊的連接副。

不適用于自攻螺釘、錐形螺紋堵塞、緊定螺釘及類(lèi)似的不受拉力的螺紋緊固連接副。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文

件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改

單）適用于本文件。

GB/T16823.3緊固件扭矩-夾緊力試驗(yàn)

3術(shù)語(yǔ)和定義

下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

3.1

螺紋緊固件threadedfastener

通過(guò)螺紋嚙合方式產(chǎn)生夾緊力達(dá)成連接作用的一類(lèi)機(jī)械零件，主要類(lèi)別：螺栓、螺釘、螺柱。本

文簡(jiǎn)稱(chēng)緊固件。

3.2

被連接件clampedpart

指在特定連接結(jié)構(gòu)中對(duì)應(yīng)通孔的零件，如曲軸箱主軸承蓋或懸置支架等。

3.3

連接基座clampedbase

指在特定連接結(jié)構(gòu)中對(duì)應(yīng)內(nèi)螺紋孔的零件，如曲軸箱主軸承座、車(chē)身焊接螺母等。

3.4

連接副joints

由緊固件、被連接件、連接基座構(gòu)成的總體。常見(jiàn)的螺紋連接副類(lèi)型有：螺栓連接、螺釘連接、

螺柱與螺母連接，如圖1所示。

1

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a)螺栓連接b)螺釘連接c)螺柱與螺母連接

圖1常見(jiàn)的螺紋連接副

3.5

緊固扭矩（T）tighteningtorque

擰緊時(shí)，施加于螺栓、螺釘、螺母頭部的扭矩。

3.6

貼合扭矩（??）snugtorque

在擰緊過(guò)程中，連接副經(jīng)過(guò)初始擰緊階段的磨合，克服相互間隙及摩擦表面的不平整（毛刺、凸

起等）后，達(dá)到完全貼合狀態(tài)時(shí)的扭矩。通常為扭矩-角度曲線的線性段起始點(diǎn)的扭矩，如圖2所

示。

對(duì)于有防松結(jié)構(gòu)的連接副，如螺紋變形、尼龍膠或非金屬嵌件等結(jié)構(gòu)，要考慮克服防松結(jié)構(gòu)摩擦

所需要的扭矩，貼合扭矩取扭矩-角度曲線從擰緊起始點(diǎn)至線性段起始點(diǎn)的最大扭矩。

圖2典型連接副擰緊特征曲線

3.7

屈服扭矩（??）yieldtorque

2

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所有零件完全貼合后，連接副發(fā)生塑性變形時(shí)的扭矩。通常為扭矩-角度曲線的彈性段與塑性段

相交的折點(diǎn)處的扭矩，如圖2所示。

3.8

極限扭矩（??）ultimatetorque

連接副擰緊至破壞過(guò)程中能達(dá)到的最大扭矩，如圖2所示。

3.9

標(biāo)準(zhǔn)差（?）standarddeviation

本文件特指連接副扭矩的標(biāo)準(zhǔn)差，??為貼合扭矩標(biāo)準(zhǔn)差，??為屈服扭矩標(biāo)準(zhǔn)差，??為極限扭矩標(biāo)

準(zhǔn)差。

3.10

推薦扭矩（??）recommendedtorque

根據(jù)試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)及分析結(jié)果，推薦在工程應(yīng)用中連接副推薦使用的扭矩。

3.11

貼合擰緊階段snugtighteningstage

連接副從擰緊開(kāi)始至擰緊至貼合扭矩的階段，如圖3所示。

圖3典型連接副擰緊過(guò)程特征曲線

3.12

彈性擰緊階段elastictighteningstage

連接副從貼合扭矩開(kāi)始擰緊至屈服扭矩的階段，如圖3所示。

3

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3.13

塑性擰緊階段plastictighteningstage

連接副擰緊進(jìn)入屈服，出現(xiàn)塑性變形的階段，如圖3所示。

3.14

粘滑現(xiàn)象stick-slip

緊固件擰緊過(guò)程中突然停止轉(zhuǎn)動(dòng)(粘滯)，又緊接著繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)(滑移)的現(xiàn)象，通常粘滯和滑移在短

時(shí)間內(nèi)重復(fù)多次，如圖4和圖5所示。

圖4粘滑現(xiàn)象發(fā)生在屈服點(diǎn)以前

圖5粘滑現(xiàn)象發(fā)生在屈服點(diǎn)后4

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4試驗(yàn)原理

將某連接副擰緊至縮頸斷裂階段（或根據(jù)實(shí)際需求擰緊至某種程度）,在此過(guò)程中觀察連接副的變

化，實(shí)時(shí)采集扭矩、角度數(shù)據(jù)，據(jù)此分析單個(gè)連接副的貼合扭矩、屈服扭矩、極限扭矩等信息。在一定

樣本量的條件下，分析確定連接副的推薦扭矩，評(píng)價(jià)扭矩設(shè)計(jì)的合理性及潛在失效模式，并將結(jié)果用

于連接副的可靠、穩(wěn)健設(shè)計(jì)。

5試驗(yàn)要求

5.1環(huán)境要求

除非另有協(xié)議，試驗(yàn)應(yīng)在在室溫下進(jìn)行。而標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)條件為10℃～35℃。

5.2設(shè)備要求

5.2.1試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)測(cè)試設(shè)備包含擰緊設(shè)備，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)記錄分析設(shè)備。擰緊設(shè)備通常應(yīng)具備擰緊程序設(shè)置能力

（扭矩、角度、擰緊速度等），且能可控機(jī)動(dòng)擰緊。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)記錄分析設(shè)備通常應(yīng)具備扭矩、角度等

數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、擬合“扭矩-角度”的曲線功能，并能輔助分析曲線特征。

一般測(cè)量設(shè)備：游標(biāo)卡尺、高度尺等。

除非另有規(guī)定，扭矩測(cè)量相對(duì)誤差應(yīng)在±2%范圍內(nèi)。角度測(cè)量允許誤差為±2°或測(cè)量值的±2%

范圍內(nèi)（取二者中的較大值）。

5.2.2試驗(yàn)夾具

試驗(yàn)工裝夾具應(yīng)能固定連接副，并能承受緊固軸力和支承面摩擦扭矩的復(fù)合載荷，而不應(yīng)產(chǎn)生永

久變形和位移。

其余參照GB/T16823.3中規(guī)定的設(shè)備及工裝夾具要求。

5.3設(shè)備參數(shù)選用要求

基于緊固件規(guī)格，預(yù)設(shè)緊固扭矩，并選擇合適的擰緊設(shè)備和傳感器。為確保安全，通常應(yīng)設(shè)置最

大擰緊扭矩及角度。

擰緊設(shè)備的強(qiáng)度應(yīng)足以擰斷緊固件。傳感器應(yīng)能準(zhǔn)確記錄扭矩、角度和轉(zhuǎn)速。傳感器的工作范圍

應(yīng)盡可能處于量程的20%～80%，不允許超過(guò)最大量程，且一般情況下不允許使用到量程的10%以下。

如果連接副在預(yù)設(shè)緊固扭矩下，不能擰緊至失效或擰緊結(jié)果不符合上述要求，則應(yīng)根據(jù)以上要求

重新調(diào)整預(yù)設(shè)緊固扭矩及對(duì)應(yīng)的設(shè)備及擰緊程序。

5.4轉(zhuǎn)速要求

擰緊試驗(yàn)一般推薦采用單一轉(zhuǎn)速進(jìn)行，轉(zhuǎn)速應(yīng)盡量與生產(chǎn)或工藝預(yù)設(shè)的終擰緊轉(zhuǎn)速相同或相近。

如無(wú)特殊條件，轉(zhuǎn)速一般設(shè)置在10r/min～40r/min。

5.5樣本要求

5.5.1樣本狀態(tài)

5

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除非另有協(xié)議，試驗(yàn)樣件應(yīng)采用工程狀態(tài)，確保試驗(yàn)樣件與實(shí)際使用狀態(tài)相比，無(wú)影響連接性能

的變化。當(dāng)不能直接使用完整零件時(shí)，可以采用切割取樣或替代零件，但取樣或替代零件應(yīng)能完全代

表設(shè)計(jì)和工程狀態(tài)（應(yīng)具有相同材料、厚度、孔徑、表面粗糙度、表面處理和制造工藝等）。

5.5.2樣本數(shù)量

為保證數(shù)據(jù)的有效性，測(cè)試用的完整的連接副原則上要求準(zhǔn)備12～15個(gè)，出于統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，每組

試驗(yàn)有效樣本量不少于12個(gè)。完整的連接副指構(gòu)成連接副的所有零件，每次測(cè)試均需采用全新的零件。

測(cè)試所需的零件數(shù)量取決于測(cè)試的類(lèi)型和復(fù)雜性，如有特殊要求，需雙方協(xié)商確定。

5.6安全要求

本文件有可能涉及危險(xiǎn)物質(zhì)、操作和設(shè)備。本文件不可能將所有與使用相關(guān)的安全問(wèn)題一一列

出。文件的使用者有責(zé)任制定適當(dāng)?shù)陌踩徒】挡僮鬓k法，以及確定是否在使用本文件前做適當(dāng)調(diào)

整。

6試驗(yàn)程序

6.1安裝

按照設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)組裝并固定裝夾連接副。將連接副預(yù)先擰緊至初步貼合狀態(tài)，即緊固件與被連接件

支承面剛好接觸，產(chǎn)生微量擠壓的狀態(tài)。測(cè)試對(duì)象為螺柱螺母時(shí)，螺柱擰入連接基座端不應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)。

6.2擰緊

6.2.1擰緊要求

將連接副擰緊過(guò)極限扭矩，即擰緊至縮頸斷裂階段，通常當(dāng)扭矩-角度曲線斜率開(kāi)始下降時(shí)可停止。

對(duì)于部分特殊連接副，可根據(jù)應(yīng)用需求由委托人與試驗(yàn)人員共同確定擰緊方案。

6.2.2過(guò)程記錄

觀察試驗(yàn)過(guò)程中連接副的狀態(tài)并記錄，例如墊圈跟轉(zhuǎn)、零件變形、支承面壓潰嵌入、防旋結(jié)構(gòu)的破

壞等，參照附錄A確定連接副的失效模式。如不能通過(guò)觀察直接確定失效模式或存在爭(zhēng)議時(shí)，應(yīng)添加輔

助判定試驗(yàn)，如：測(cè)試試驗(yàn)后內(nèi)螺紋孔的輪廓判斷內(nèi)螺紋是否變形；測(cè)試緊固件試驗(yàn)前、后自由狀態(tài)的

長(zhǎng)度，判斷是否有塑性變形等。

6.2.3特殊情況處置

擰緊過(guò)程中如發(fā)生粘滑現(xiàn)象，通?？梢酝ㄟ^(guò)改變連接副的共振來(lái)消除，例如改變連接副在臺(tái)鉗上

的裝夾方式、連接副組件的固定方式等。

7試驗(yàn)分析

7.1試驗(yàn)失效模式判斷

連接副擰緊試驗(yàn)常見(jiàn)的失效模式可以分為三類(lèi)：緊固件失效、被連接件失效、連接基座失效，具

體的失效模式如附錄A所示，典型失效曲線見(jiàn)圖6、圖7、圖8。

6

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圖6緊固件失效特征曲線

圖7被連接件失效特征曲線

7

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圖8連接基座失效特征曲線

7.2試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

7.2.1貼合扭矩分析

根據(jù)扭矩-角度曲線變化特征從曲線中提取，記錄貼合扭矩?cái)?shù)值??1、??2…???，并使用所有數(shù)

據(jù)，按公式（1）、公式（2）計(jì)算出均值???及標(biāo)準(zhǔn)差??。

?+?+??

?=?1?2??…………（1）

???

1

?=√∑?(???)2…………（2）

???=1????

7.2.2屈服扭矩分析

根據(jù)扭矩-角度曲線變化特征以及附錄B方法從曲線中拾取，記錄屈服扭矩?cái)?shù)值??1、??2…???，。

并使用所有數(shù)據(jù)，按公式（3）、公式（4）計(jì)算出均值???及標(biāo)準(zhǔn)差??。

?+?+??

?=?1?2??…………（3）

???

1

?=√∑?(???)2…………（4）

???=1????

7.2.3極限扭矩分析

根據(jù)扭矩-角度曲線變化特征從曲線中提取，拾取擰緊曲線中極限扭矩值。記錄極限扭矩?cái)?shù)值

??1、??2…???，并使用所有數(shù)據(jù)，按公式（5）、公式（6）計(jì)算出均值???及標(biāo)準(zhǔn)差??值。

?+?+??

?=?1?2??…………（5）

???

8

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1

?=√∑?(???)2…………（6）

???=1????

7.2.4數(shù)據(jù)散差的限值及處理

上述屈服扭矩和極限扭矩?cái)?shù)據(jù)均應(yīng)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)差與均值的比值，本測(cè)試建議在該比值不大于15%情

況下分析評(píng)估，如果數(shù)據(jù)充足情況下比值大于15%，則意味著數(shù)據(jù)偏差過(guò)大，測(cè)試的零件可能存在問(wèn)

題，應(yīng)將此結(jié)果反饋給試驗(yàn)委托人，由其開(kāi)展排查、評(píng)估及優(yōu)化。

7.2.5粘滑現(xiàn)象的處理

如果粘滑現(xiàn)象發(fā)生在屈服點(diǎn)以前（如圖4），并且通過(guò)改變連接副裝夾方式不能消除，則因不能

準(zhǔn)確抓取屈服扭矩和極限扭矩而不能確定推薦扭矩。應(yīng)將此結(jié)果反饋給試驗(yàn)委托者，由其開(kāi)展排查、

評(píng)估及優(yōu)化。

如果粘滑現(xiàn)象發(fā)生在屈服點(diǎn)以后（如圖5），如通過(guò)擰緊曲線可準(zhǔn)確抓取屈服扭矩和極限扭矩，

則可根據(jù)7.2.1～7.2.3分析獲得相關(guān)數(shù)據(jù)。否則，應(yīng)將此結(jié)果反饋給試驗(yàn)委托者，由其開(kāi)展排查、

評(píng)估及優(yōu)化。

8試驗(yàn)評(píng)價(jià)

結(jié)合7.2.1-7.2.3計(jì)算出的數(shù)值，可按公式（7）計(jì)算得出推薦扭矩??：

1.1×(???+3??)≤??≤???[0.9×(????3??),0.85×(????3??)]……………

（7）

以上推薦扭矩是根據(jù)連接副本身的性能測(cè)試結(jié)果，并基于經(jīng)驗(yàn)和歷史數(shù)據(jù)給定的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得

到的。

在實(shí)際應(yīng)用中，通常應(yīng)參考此結(jié)果，并結(jié)合具體連接需求，制定合理的緊固扭矩范圍，或評(píng)價(jià)現(xiàn)

行連接副設(shè)計(jì)的緊固扭矩是否合理。

建議緊固扭矩控制規(guī)范上限不能超過(guò)試驗(yàn)推薦扭矩，如連接副設(shè)計(jì)的緊固扭矩超過(guò)推薦扭矩范

圍，則應(yīng)及時(shí)將試驗(yàn)結(jié)果和失效模式反饋給試驗(yàn)委托人。由其結(jié)合實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，調(diào)整設(shè)計(jì)

的緊固扭矩或優(yōu)化連接副零件質(zhì)量等再重新進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試。

詳細(xì)案例解析見(jiàn)附錄C。

9試驗(yàn)報(bào)告

試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)注明試驗(yàn)條件并記錄和輸出如下內(nèi)容：

a)緊固件零件號(hào)、批次號(hào)、性能等級(jí)、規(guī)格、摩擦系數(shù)和表面狀態(tài)（如表面處理鋅鋁涂層）；

b)被連接件零件號(hào)、承壓區(qū)域的材料牌號(hào)、尺寸（孔徑、厚度）和表面狀態(tài)（如電泳漆，無(wú)涂

層表面涂油等）；

c)連接基座零件號(hào)、內(nèi)螺紋孔材料、規(guī)格及尺寸（螺紋長(zhǎng)度，沉孔或銷(xiāo)孔深度（如有））和表

9

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面狀態(tài)（如涂油等）；

d)試驗(yàn)溫度；

e)法蘭接觸面外徑、內(nèi)徑；螺紋旋合長(zhǎng)度；

f)擰緊轉(zhuǎn)速；

g)失效模式；

h)試驗(yàn)曲線：扭矩-角度擰緊曲線；

i)試驗(yàn)數(shù)據(jù)；

j)推薦扭矩；

k)其他未經(jīng)列出的內(nèi)容經(jīng)供需雙方協(xié)商后也可加入試驗(yàn)報(bào)告中。

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附錄A

（資料性附錄）

失效模式

A.1連接副常見(jiàn)的失效模式見(jiàn)表A.1

表A.1連接副常見(jiàn)失效模式

序號(hào)連接副組件失效模式

桿部變形或斷裂

螺紋脫扣

頭下（倒角處）斷裂

1緊固件

頭部/接觸面變形/開(kāi)裂

螺紋磨平（因尺寸公差限制）

光桿旋入內(nèi)螺紋中

內(nèi)螺紋孔滑牙/脫扣

2連接基座接觸面/孔的開(kāi)裂

壓潰變形

壓潰變形

3被連接件

開(kāi)裂/插入件（從組件中）剝離

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附錄B

（資料性附錄）

屈服點(diǎn)選擇方法

B.1選擇屈服點(diǎn)的方法

屈服點(diǎn)為扭矩-角度曲線上線性變化階段的結(jié)束點(diǎn)，彈性應(yīng)變變?yōu)樗苄陨扉L(zhǎng)的開(kāi)始點(diǎn)。下面是幾

種抓取屈服點(diǎn)的方法。本附錄只是簡(jiǎn)要說(shuō)明常用的方法，不作任何限制或指定。

方法1切線法

切線法首先產(chǎn)生一條彈性區(qū)域的直線(與扭矩-轉(zhuǎn)角曲線彈性區(qū)直線重合)，然后生成一條斜率不

同(一般是第一條直線的25%～50%)的與扭矩-轉(zhuǎn)角曲線相切的直線，切點(diǎn)即屈服點(diǎn)。此方法演示見(jiàn)圖

B.1。

圖B.1切線法選取屈服點(diǎn)

方法2斜線距離法

斜線距離法首先畫(huà)一條通過(guò)扭矩-角度曲線直線段較低點(diǎn)和極限點(diǎn)的直線，然后軟件自動(dòng)判斷出

扭矩-角度曲線上與這條直線距離最遠(yuǎn)的點(diǎn)，這點(diǎn)即為屈服點(diǎn)。此方法見(jiàn)圖B.2。

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圖B.2斜線距離法選取屈服點(diǎn)

方法3斜率變化法

斜線變化法，首先取靠近彈性擰緊起始階段的某一點(diǎn)為起點(diǎn)。該點(diǎn)扭矩一般為極限扭矩的20%-

30%。從起點(diǎn)開(kāi)始，每隔一定角度選取一個(gè)點(diǎn)，間隔角度一般選取1°-10°，且不應(yīng)超過(guò)從起點(diǎn)到極

限扭矩點(diǎn)角度的十分之一，每?jī)牲c(diǎn)之間做一條直線，計(jì)算直線的斜率。當(dāng)某兩點(diǎn)間斜率變化至起始兩

點(diǎn)斜率的30%-50%時(shí)，以拾取的最后一點(diǎn)為屈服點(diǎn)，此方法見(jiàn)圖B.3。

圖B.3斜率變化法選取屈服點(diǎn)13

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附錄C

（資料性附錄）

參考案例

C.1推薦扭矩案例解析

某螺栓連接副設(shè)計(jì)的緊固扭矩為10±1N·m，現(xiàn)需進(jìn)行實(shí)物連接副擰緊扭矩試驗(yàn)，判斷該緊固扭

矩是否合理，表C.1為連接副狀態(tài)及扭矩試驗(yàn)過(guò)程中采集到的信息。

表C.1某連接副試驗(yàn)狀態(tài)及數(shù)據(jù)信息

某螺栓連接副扭矩試驗(yàn)

連接副基礎(chǔ)信息

緊固件被連接件連接基座

規(guī)格與強(qiáng)度

材料表面處理材料表面處理材料表面處理

等級(jí)

M6，8.8級(jí)SWRCH35K鋅鋁涂層鋁合金無(wú)鑄鐵無(wú)

試驗(yàn)信息

試驗(yàn)溫度旋合長(zhǎng)度擰緊轉(zhuǎn)速失效模式

25℃11mm10r/min螺栓桿部拉伸變形/斷裂

試驗(yàn)數(shù)據(jù)

樣件標(biāo)號(hào)貼合扭矩??/?·?屈服扭矩??/?·?極限扭矩??/?·?

1#3.0416.9719.75

2#2.6815.8517.84

3#2.8316.6419.02

4#3.1016.0519.53

5#3.3416.5818.14

6#2.6016.2617.79

7#2.9216.1518.13

8#2.3416.0918.10

9#2.8715.2317.67

10#3.3914.2718.33

11#