专栏：扭矩开发测试及试验分析--锁紧螺母扭矩应该如何设计？

GUIDE

导读

有效力矩型锁紧螺母（Prevailing Torque Nuts，简称“锁紧螺母”）由于具有止动可靠性强、成本相对低等优点，在多种机械联接中应用广泛。
 
但是，在锁紧螺母扭矩设计方面，现行国内外标准都仅规定其服役时第一次拧入有效扭矩最大值上限，目前国内车企，对于这种防松型紧固件研究较少, 工程师大多只是根据经验稍微加大扭矩或者简单的和普通螺母使用设计成相同的扭矩进行紧固, 容易导致紧固后预紧力不能满足使用要求的问题发生；
 
综上原因，以锁紧螺母为主要研究对象，分析其防松原理，提出扭矩计算修正公式，通过拧紧试验进行验证，得到锁紧螺母扭矩设计方案。

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理论分析

2.1 防松原理

2.2 修正公式

pp1

FprN

p。

Fp=Fpr/tanα+Fpa式中：α—螺栓轴向截面牙型半角。部分锁紧螺母未发生径向变形则p=0同理对于未发生轴向变形的螺母，Fpa=0。

图 1 锁紧螺母受径向变形力时的受力分析

根据螺纹受力分析，锁紧螺母旋入时，有效力矩Tp与变形力产生的总轴向力p的关系T=d₂/2*F*tan（ρ+β），式中：d2—螺纹中径；ρ—当量摩擦角；β—螺纹升角。

锁紧螺母从初始旋入到接触被联接件前，Fp和Tp一直变化，未产生轴向夹紧力。螺母接触被联接件后，产生扭矩Tf和轴向夹紧力F的关系与普通螺纹紧固件一致：Tf=KFd 式中：K—扭矩系数；d—螺纹公称直径

此时将有效力矩设为定值称之为等效有效力矩Tpe整体紧固件联接结构产生的拧紧扭矩T为Tf与Tpe之和即T=Kd+Tpe即为锁紧螺母扭矩-夹紧力计算修正公式。

受不同紧Tpe

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锁紧螺母扭矩设计研究

3.1 试验条件

本节试验选用两种典型锁紧螺母：

• 全金属自锁螺母和尼10颗，

• 两种螺母均M12-8

• M12x1.2-8.8级标准六角头螺栓共20。

试

• GB/T3098.9-20109.3

• 设定试验夹紧力8=42.72KN

• 20r/min。

3.2 扭矩与夹紧力关系研究

某全金属自锁螺母扭矩2所示。

图 2 某全金属自锁螺母扭矩-夹紧力曲线

某一TF的关系3

图 3 某全金属自锁螺母扭矩-夹紧力回归曲线

2 T=Kd+TpeKd和TpeFT为因变F值很小且存在波动变

F=0.5kN至F=42.5kN时连续记录的总扭矩T值，将对应-T值导入软件SPSS

3此样件的回归方程为T=2.041+14.326R2=0.997优度较好。结合公称直径d为12K=0.170Tpe=14.326Nm。

依此法获得其余9组全金属自锁螺母及10组尼龙自锁螺母的扭矩K及等效有效力矩Tpe。

45发现全金属自锁螺母的扭矩系数和等效有效

图 4 扭矩系数箱式图

图 5 等效有效力矩箱式图

3.3 扭矩设计方案总结

进行锁紧螺母扭矩设计时，根据拧紧试验数据，建立线性回-

M12的全金属自锁螺母的扭-T=2.124F+12.811-力关系式T=2.856F+4.592

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结 论

• 锁紧螺母主要通过有效力矩部分防止旋转松动，相较普通螺纹紧固件扭矩-夹紧力公式，锁紧螺母需在其基础上增加等效有效力矩一项。

• 且进行锁紧螺母拧紧试验，参照修正公式，线性拟合扭矩-夹紧力数值，计算扭矩系数和等效有效力矩，最终确定锁紧扭矩设计方案。