擰緊中的扭矩分配

擰緊一顆螺栓，需要施加一定扭矩旋轉一定角度后才可以完成，這部分的扭矩+角度所做功最終轉為三個部分：

1，螺栓頭下摩擦力消耗 

2，螺紋副摩擦力消耗 

3，產生預緊力

這個也可以根據以下公式得出：

?    Fm= T/ (0.16P + (μg * 0.58 * d2) + ((Dkm/2) * μk))

?                     預緊力    螺紋副        螺栓頭下

?       定義Definitions

Fm = 夾緊力clamping force

P = 螺距pitch of thread

μg = 螺紋副摩擦系數friction value in thread

d2 = 螺栓直徑diameter bolt

Dkm = 螺栓頭表面尺寸 size of surface bolt (nut)-head

             Dkm = (dw + dh)/2

μk = 螺栓頭表面摩擦系數fricition value surface bolt-head

一般而言，這三者的比例在10%，40%以及50%，這部分能量的消耗很容易直觀的體會到：10%的夾緊力做功體現在螺栓的被拉伸，40%和50%體現了螺紋副以及螺栓頭下擰緊后摩擦力導致的發熱。

螺栓的初始設計是按照如上圖的比例來分配三者關系的，如果實際的過程中改變了三者的比例關系，會出現扭矩“合格”，夾緊力不合格的情況。

典型情況1：

螺紋副被額外潤滑

此時螺紋副摩擦系數降低，摩擦力矩變小，施加的扭矩“轉移”給夾緊力，后果有可能是：螺栓拉斷或者工件變形。

典型情況2：

螺栓生銹或者螺紋副有油漆

此時螺紋副摩擦系數增加，有可能扭矩合格后夾緊力不足。

其它改變摩擦系數的常見情況有：

涂層材料改變，涂層厚度變化，螺栓/螺釘公差，與螺帽旋轉接觸面摩擦系數，工具轉速，墊片增加/減少等。

擰緊技術中的螺栓螺母知識

螺栓擰緊是裝配環節的重要環節，螺栓/螺母在產品壽命周期內必須穩定連接，否則有可能造成嚴重的質量事故，因為螺栓/螺母失效而導致的安全事故時有發生。

 

螺栓/螺母的失效方式有以下幾種：

 

1. 強度不足 

螺栓常見強度等級如下，如果螺栓制造商供應的螺栓不能滿足對應的強度要求，螺栓連接的安全性也無法得到保障。

 

2. 螺紋副強度不足 

按照ISO898要求，與螺栓配合的螺紋副/螺母強度要與螺栓本身強度相匹配，比如螺栓強度為10.9的螺栓，應采用強度為10的螺母。

3. 螺紋副高度 

同樣根據ISO898要求，螺母或者有效螺紋連接高度一般大于公稱直徑D的0.8以上，比如M10的螺栓與之匹配的螺母高度不得低于8mm。

螺栓/螺母機械強度測試

螺栓/螺母機械強度的測試方法很多，比較權威的方法是依據ISO898-1以及ISO898-2，對于螺栓的機械抗拉強度測試方法如下：固定螺栓兩端，通過萬能材料試驗機產生軸向拉力，通過軸向拉力/軸向拉伸量獲得螺栓的機械性能指標。

軸向拉力/軸向拉伸量：

 

螺母/螺紋副的機械強度測試，如下圖示意：

1. 實驗載荷一般在抗拉強度的88%-94%之間

2. 持續載荷15S

3. 需確保螺桿沒有永久變形

4. 15S后手動可以將螺紋旋出，則表示螺母/螺紋副強度合格