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「结构设计」扭矩知识详解!看这一篇文章就够了

一、名词解释;

扭矩:即施加于轴圆周上,使其转动并产生扭曲形变等的力矩;

拧紧:即使两个被连接体之间有足够的压紧力,反映到被拧紧的螺栓上,就是它的轴向预紧力;

动态扭矩:即自动拧紧工具在拧紧过程中测量得到的峰值;

静态扭矩:紧固件被拧紧之后,使其在拧紧方向上继续旋转所需的扭矩(静态扭矩是在禁固之后测量的);由于静态扭矩用来监控生产过程的稳定性,又称检测扭矩;

螺纹规格,如8.8级:第①个8表示抗拉强度的1/100(即抗拉800N/mm²),第②个8表示屈服强度与抗拉强度的比例(即屈强比0.8),故屈服强度8.0*0.8=640N/mm²;


二、拧紧的原理;

螺栓拧紧后,使得螺栓拉伸变形,这种弹性形变产生的轴向拉力,使被夹零件挤压在一起,即为预紧力;

但在拧紧过程中,只有10%的扭矩转化为夹紧力;

50-40-10原则

如下是夹紧力与摩擦力的关系;(后续再整理文章介绍一下螺钉的打蜡工艺)

理论上,只要有足够的夹紧力,就可以保证被夹零件在振动、高低温等环境下的可靠性;


三、螺栓连接方式和扭矩衰减;

1.螺栓连接状态分为3类,即硬连接、中性连接和软连接;

硬连接(静态扭矩一般大于动态扭矩)

中性连接

软连接(静态扭矩一般小于动态扭矩)

2.对于任何连接,随着时间推移,都会有一定的扭矩衰减;

一般情况下,在拧紧操作完成后30ms内完成60%以上的扭矩衰减;

对于衰减的原因,主要有以下几种情况:①被装配件的表面粗糙,会造成材料的变形、局部嵌入;

措施:尽量避免接触面的粗糙度过大;

②软连接中的扭矩衰减,尤其是塑料或密封件等弹性连接材料;

措施:降低最终拧紧速度;分布拧紧(如设置目标扭矩的60%、80%、100%);或80%扭矩拧紧+反松+最终拧紧;

③过快的装配速度、不合理的装配动作,也会造成扭矩衰减;

措施:可以降低拧紧速度,缓解扭矩衰减;可以调整拧紧策略,两步或多步拧紧(拧紧过程停顿50ms机壳释放弹性应变,减少衰减);还可以变更拧紧顺序(后续整理文章单独介绍);


三、拧紧的控制手段;

主要介绍一下1.扭矩控制法,2.扭矩+角度控制法,3.屈服点控制法,这3个较常见的控制方法;

1.扭矩控制法;

在实际应用中,摩擦力的离散状态很严重(离散值往往可以达到±20%~±30%),为了保证一定的预紧力,在扭矩控制的螺纹连接中,尽量采用较高的设计余量,以弥补扭矩控制的偏差;

2.扭矩+角度控制法;

在螺纹偏浅或螺柱过长时,会出现扭矩达到但螺钉锁附不到位的异常;为避免此情况,可以采用扭矩+角度控制法(车载行业一般采用这个方法),即在保证扭矩的前提下,螺钉也能够锁附到位;

由于车载行业一般对于螺钉锁附次数(将螺钉退出,再重新锁附的次数,一般不允许超过3次)有要求,故角度范围的公差很重要;因此,在前期需要做大量的试验和分析工作;

3.屈服点控制法;

即螺栓拧紧至屈服点(预紧力大小取决于紧固件的屈服强度)后,停止拧紧的一种方法;

屈服点法是利用材料从弹性变形区向塑性变形区过渡时的特性,但是同样需要进行严格的试验和检测,以防螺栓和螺纹的损坏或断裂;

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