螺栓和擰緊資料講解學(xué)習(xí)

1、螺栓和擰緊資料1.0 螺栓的基礎(chǔ)知識(shí)1.1 螺栓的尺寸性能1.2 螺栓的機(jī)械性能1.2.1 抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率 1.2.1.1 應(yīng)力應(yīng)變曲線1.2.1.2 抗拉強(qiáng)度的檢測(cè)方法加載速度不能超過(guò)30MPa/S1.2.2 頭部堅(jiān)固性 將頭部彎曲90-角，不允許在過(guò)渡圓角處產(chǎn)生斷裂對(duì)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(duì)于六角頭或方頭螺栓，其頭部應(yīng)支撐在棱邊上。本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)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(fù)載o這種嚴(yán)格的拉伸試驗(yàn)可以把那些可能在其頭部與桿部的交接處沒(méi)有足夠的變形能力的螺栓暴露出來(lái)。這些螺栓受到過(guò)度的冷變形加工，或具有過(guò)多的

2、特殊冶金成分1.2.4 硬度 注: 在有爭(zhēng)議的情況下，以維氏硬度為準(zhǔn)1.2.5 延遲斷裂o該項(xiàng)性能適用于質(zhì)量級(jí)別9.8級(jí)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(cè)鍍鋅后的氫脆o用于該檢查的裝置見圖 7。o在試驗(yàn)時(shí)在螺栓上施加一個(gè)擰緊力矩獲得預(yù)緊力： F=95%Re*AS 在預(yù)緊力下保持48小時(shí)，不應(yīng)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(yàn)的目的在于檢查與一定大小的預(yù)緊力相對(duì)應(yīng)的擰緊力矩是否落在規(guī)定的范圍內(nèi)o該檢查可以從總體上評(píng)價(jià)緊固件的摩擦性能，包括：結(jié)構(gòu)、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(cè)有兩種方法： 1、摩擦系數(shù)是一個(gè)確定的值。

3、例如：0.1520%。 可以使用摩擦系數(shù)試驗(yàn)機(jī)直接測(cè)量。除非另有說(shuō)明，一般都是： 0.1520% 2、給定預(yù)緊力和擰緊力矩的范圍。 可以使用摩擦系數(shù)試驗(yàn)機(jī)測(cè)量，也可以通過(guò)其它的專用設(shè)備完成1.2.7 機(jī)械性能試驗(yàn)說(shuō)明o1、由于檢測(cè)方法的不確定性，螺栓的屈服強(qiáng)度只做為理論計(jì)算時(shí)的依據(jù)，在做機(jī)械性能試驗(yàn)時(shí)不檢查該項(xiàng)內(nèi)容。o2、楔負(fù)載試驗(yàn)=抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)+頭部堅(jiān)固性試驗(yàn)o3、由于尺寸限制無(wú)法做抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，可以用硬度替代1.3 螺母與螺栓的匹配o一般來(lái)講螺栓應(yīng)該匹配同級(jí)別的螺母，也可以使用高一級(jí)別的螺母。但絕對(duì)不能使用低一級(jí)別的螺母小結(jié)一o一、螺栓的基本性能 1、尺寸性能 2、質(zhì)量級(jí)別o二、螺栓的試

4、驗(yàn)方法 1、抗拉強(qiáng)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(dá)方式o1、螺栓的命名規(guī)則 在PSA標(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)度 質(zhì)量級(jí)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(biāo)識(shí)方法 螺栓上的標(biāo)識(shí)必須包含以下兩個(gè)信息: 1、供應(yīng)商的廠家標(biāo)識(shí) ；如：EQ表示供應(yīng)商是東風(fēng)61 2、質(zhì)量級(jí)別；如：8.8表示質(zhì)量級(jí)別是8.8級(jí)o3、在明細(xì)表里的表達(dá)方式 在明細(xì)表里，除了有螺

5、栓的名稱外，還有關(guān)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(yīng)力不能超過(guò)螺栓屈服強(qiáng)度的95%o最佳應(yīng)力范圍應(yīng)在螺栓屈服強(qiáng)度的50%-85%1.5.1 螺栓力矩和應(yīng)力的對(duì)應(yīng)關(guān)系o針對(duì)ISO標(biāo)準(zhǔn)的螺栓，力矩和應(yīng)力的對(duì)應(yīng)關(guān)系可以使用以下經(jīng)驗(yàn)公式：oPSA集團(tuán)使用的公式 o中國(guó)行業(yè)經(jīng)驗(yàn)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(wú)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(jìn)廠檢驗(yàn)酸洗退火磷化拉絲冷鐓搓絲熱處理表面處理o高強(qiáng)度螺栓制造工藝 原材料進(jìn)廠檢驗(yàn)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(yīng)注意:o1、穿墊螺栓應(yīng)首選熱處理后再穿墊滾螺紋o2、穿墊螺栓應(yīng)避免表面鍍鋅1.6.2 過(guò)程審核時(shí)的要點(diǎn)小結(jié)二o一:螺栓擰緊的表達(dá)方式和選用原則 1、螺栓名稱表達(dá)方式的含義 2、螺栓擰緊表達(dá)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(guò)程審核的要點(diǎn) 擰緊擰緊2.0 概述o使用螺栓裝配是為了在兩個(gè)零件間產(chǎn)生足夠的聯(lián)結(jié)應(yīng)力，使用螺栓裝配是為了在兩個(gè)零件間產(chǎn)生足夠的聯(lián)結(jié)應(yīng)力，避

7、免在受到外應(yīng)力作用時(shí)出現(xiàn)分離和滑落，并易于卸裝。避免在受到外應(yīng)力作用時(shí)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(dòng)載和靜載的傳遞、動(dòng)載和靜載的傳遞2.1 裝配模型設(shè)計(jì)o因此可以通過(guò)并列的兩個(gè)彈簧（圖因此可以通過(guò)并列的兩個(gè)彈簧（圖10）來(lái)建立總成模型：一個(gè)剛度）來(lái)建立總成模型：一個(gè)剛度Ka表表示裝配件，另一個(gè)示裝配件，另一個(gè)Kb表示螺栓（或螺母）。表示螺栓（或螺母）。o在應(yīng)力在應(yīng)力F0下緊固（自由狀態(tài)轉(zhuǎn)為預(yù)加載荷狀態(tài)下緊固（自由狀態(tài)轉(zhuǎn)為預(yù)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(yīng)力完成裝配后，受到外軸向應(yīng)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(yīng)力分布在固定零件和裝配零件上。伸長(zhǎng)率在螺釘上變?yōu)閾?jù)其剛度，外應(yīng)力分布在固定零件和裝配零件上。伸長(zhǎng)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(yīng)力部分為。螺釘上可見應(yīng)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(huì)脫落，應(yīng)力零件全部卸載會(huì)脫落，應(yīng)力Fa部分等于預(yù)加應(yīng)力部分等于預(yù)加應(yīng)力F0。F0 - Fa = 0 而而 F0+Fb =

9、 Fez 時(shí)，表明螺釘受到整個(gè)外應(yīng)力時(shí)，表明螺釘受到整個(gè)外應(yīng)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(yuǎn)遠(yuǎn)高于螺釘剛性系數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(yīng)力（靜載荷）可用下圖表示 2、螺栓上的拉應(yīng)力（動(dòng)載荷）可用下圖表示o由圖可知,當(dāng),Fo一定時(shí),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。可以采用使用剛性螺栓（直徑大，長(zhǎng)度短）和增加彈性零件（如：使用墊圈）。但此時(shí)，附加在螺栓上的動(dòng)態(tài)載荷的振幅也將

10、很大。o由圖可知,當(dāng),Fo一定時(shí),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(zhǎng)度大）。但此時(shí)，附加在螺栓上的動(dòng)態(tài)載荷的振幅也將很小2.3 緊固部件的動(dòng)力性能疲勞強(qiáng)度2.3.1 允許極限應(yīng)力耐久性o在緊固裝配平均應(yīng)力下（在緊固裝配平均應(yīng)力下（sm=0.5到到0.8.Re），允許交替應(yīng)力），允許交替應(yīng)力sa與與平均應(yīng)力平均應(yīng)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(duì)有變化，相對(duì)有10MPa sa的變化）的變化）o允許交替應(yīng)力允許交替應(yīng)力sa獨(dú)立于質(zhì)量分類外，實(shí)際上，對(duì)于受到冷滾和熱處理獨(dú)立于質(zhì)量

11、分類外，實(shí)際上，對(duì)于受到冷滾和熱處理分類分類8.8的螺栓，的螺栓，50MPa動(dòng)力條件下的應(yīng)力振幅可以近似看作一個(gè)動(dòng)力條件下的應(yīng)力振幅可以近似看作一個(gè)不能超過(guò)的值。不能超過(guò)的值。o允許交替應(yīng)力允許交替應(yīng)力sa隨著螺釘直徑的變化而變化，對(duì)于應(yīng)力周期數(shù)高于隨著螺釘直徑的變化而變化，對(duì)于應(yīng)力周期數(shù)高于106和質(zhì)量等級(jí)和質(zhì)量等級(jí)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(duì)于質(zhì)量等級(jí)對(duì)于質(zhì)量等級(jí)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(yīng)力，就靜力條件下的性能而言疲勞應(yīng)力是十分低的，并且疲勞應(yīng)均應(yīng)力，就靜力條件下的性能而言疲

12、勞應(yīng)力是十分低的，并且疲勞應(yīng)力與所考慮的直徑和質(zhì)量分類無(wú)關(guān)力與所考慮的直徑和質(zhì)量分類無(wú)關(guān)o微弱疲勞耐受力以及根據(jù)質(zhì)量等級(jí)產(chǎn)生的微小變化，通過(guò)低載荷下螺微弱疲勞耐受力以及根據(jù)質(zhì)量等級(jí)產(chǎn)生的微小變化，通過(guò)低載荷下螺紋底部塑性形變的大小表示出來(lái)，這種形變是由于應(yīng)力分布的不均勻紋底部塑性形變的大小表示出來(lái)，這種形變是由于應(yīng)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(jié)三o擰緊的原理 預(yù)緊力和剛度系數(shù)決定了擰緊系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能2.4 螺釘緊固方法o以下幾頁(yè)的圖表（建立在低摩擦下缸蓋螺釘緊固曲線圖以下幾頁(yè)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(jī)械制造應(yīng)力使摩擦分布（大約由于機(jī)械制造應(yīng)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(qiáng)度力矩時(shí)才擰緊。這這是最常用的方法：直到獲得一定強(qiáng)度力矩時(shí)才擰緊。這只需有一把扭力扳手即可完成手動(dòng)擰緊，或在螺釘擰緊鏈只需有一把扭力扳手即可完成手動(dòng)擰緊，或在螺釘擰緊鏈中安裝一個(gè)扭力計(jì)即可完成機(jī)器擰緊。中安裝一個(gè)扭力計(jì)即可完成機(jī)器擰緊。o力矩?cái)Q緊造成張力分布是力矩分布的兩倍。擰

14、緊工具不能力矩?cái)Q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(gè)方法張力分布不能低于力矩，使用這個(gè)方法張力分布不能低于 25%. 。o然而這個(gè)方法要求緊固件高剛性（短螺釘然而這個(gè)方法要求緊固件高剛性（短螺釘)，或在裝配時(shí)，或在裝配時(shí)在同等環(huán)境下用不同長(zhǎng)度的螺釘進(jìn)行在同等環(huán)境下用不同長(zhǎng)度的螺釘進(jìn)行2.4.2 角擰緊o本方法用于在零件安裝中施加相應(yīng)的預(yù)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(yīng)的預(yù)加力矩和確定的擰緊角。旋轉(zhuǎn)角大體上與摩擦無(wú)關(guān)聯(lián)。旋轉(zhuǎn)角大體上與摩擦無(wú)關(guān)聯(lián)。o這個(gè)方法通過(guò)將其放在一個(gè)較低水平上來(lái)降低力矩分布的影響。這個(gè)方法通過(guò)將其放在一個(gè)較低水平上

15、來(lái)降低力矩分布的影響。角度測(cè)量的精確度約為角度測(cè)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?xì)w為力分布?xì)w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(dòng)擰緊工具可以通過(guò)角度控制更好地控制緊自動(dòng)擰緊工具可以通過(guò)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(gè)方法旨在完成超過(guò)螺釘彈性極限的角度緊固。曲線斜這個(gè)方法旨在完成超過(guò)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(dá)到率更低，張力分布大大的降低。這樣能達(dá)到 5% 的分的分布。布。o這個(gè)方法通常

16、使用在裝配件中，其擰緊長(zhǎng)度很長(zhǎng)并且受到這個(gè)方法通常使用在裝配件中，其擰緊長(zhǎng)度很長(zhǎng)并且受到低動(dòng)力應(yīng)力的作用。必須要求熟悉使用螺釘在塑性領(lǐng)域的低動(dòng)力應(yīng)力的作用。必須要求熟悉使用螺釘在塑性領(lǐng)域的性能。它可以優(yōu)化利用螺釘機(jī)械性能和對(duì)預(yù)負(fù)荷進(jìn)行低分性能。它可以優(yōu)化利用螺釘機(jī)械性能和對(duì)預(yù)負(fù)荷進(jìn)行低分布，而且因?yàn)楸３至俗畲髲椥?，所以可以更好的保證避免布，而且因?yàn)楸３至俗畲髲椥?，所以可以更好的保證避免擰松的風(fēng)險(xiǎn)。擰松的風(fēng)險(xiǎn)。2.4.4 彈性極限點(diǎn)緊固（斜率法）o某些擰緊設(shè)備可以根據(jù)角力矩梯度更精確的達(dá)到彈性極限。通某些擰緊設(shè)備可以根據(jù)角力矩梯度更精確的達(dá)到彈性極限。通過(guò)同時(shí)測(cè)量力矩過(guò)同時(shí)測(cè)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(jì)算而得。一旦逐漸減少的預(yù)定的值就停止緊固。隔計(jì)算而得。一旦逐漸減少的預(yù)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(cuò)誤的使用緊固件 1、螺栓級(jí)別與螺栓所承受的應(yīng)力不適應(yīng) 2、裝配中預(yù)緊力過(guò)大或過(guò)小斷裂原因失效舉例使用環(huán)境偶然沖擊干擾振動(dòng)裝配擰緊力過(guò)大擰緊力過(guò)小使用了不合適的墊圈材料選擇鋼號(hào)與尺寸不符(未淬透)設(shè)計(jì)螺栓級(jí)別選擇錯(cuò)誤尺寸選擇錯(cuò)誤產(chǎn)生彎曲應(yīng)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(yù)緊力的損失o預(yù)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(jìn)入塑性范圍（螺栓、支承面等） 自松的原因： 垂直于緊固件的動(dòng)載最容易引起緊固件的自松。緊固件的直徑越小、預(yù)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(gè)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(gè)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(shuō)，需要預(yù)負(fù)荷如上面所說(shuō)，需要預(yù)負(fù)荷(1-)Fez來(lái)避免分離。為避免滑動(dòng)，來(lái)避免分離。為避免滑動(dòng)，還要施加一

19、個(gè)等效預(yù)負(fù)荷還要施加一個(gè)等效預(yù)負(fù)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(yīng)力的向量和，即軸上橫向應(yīng)力的向量和，即o另外預(yù)負(fù)荷應(yīng)考慮到零件接頭及其鍍層另外預(yù)負(fù)荷應(yīng)考慮到零件接頭及其鍍層(Fj) 自然壓縮的必要應(yīng)力（自然壓縮的必要應(yīng)力（tz與與壓縮材料機(jī)械件性能相關(guān)壓縮材料機(jī)械件性能相關(guān)-見附錄）見附錄）o安裝時(shí)最小預(yù)負(fù)荷安裝時(shí)最小預(yù)負(fù)荷 ：o我們還可以在上面增加熱應(yīng)力相關(guān)的力我們還可以在上面增加熱應(yīng)力相關(guān)的力o所以，擰緊的檢查實(shí)際上是對(duì)螺栓上張力的測(cè)量所以，擰緊的檢查實(shí)際上是對(duì)螺栓上張力的測(cè)量2.8.1 測(cè)量方法o一：擰緊過(guò)程中的測(cè)量o 1、測(cè)量緊固力矩 對(duì)于不關(guān)鍵的緊固可以采用測(cè)量力矩的方式來(lái)間接得到張力。對(duì)于力矩，簡(jiǎn)單的可以使用扭力扳手，對(duì)于那些復(fù)雜的