螺栓扭矩（拧螺丝时如何控制螺栓的扭矩）

螺栓扭矩(拧紧时如何控制螺栓扭矩)

边肖的话:下面从螺栓连接中扭矩和夹紧力的实际情况来讨论螺栓拧紧控制方法。

如上图所示:施加扭矩旋转螺栓后，螺钉受力拉伸，螺钉伸长产生的夹紧力夹紧连接器。我们知道，施加的扭矩并不像夹紧力那么简单。在通式中:

力(F)*扭矩(L)=扭矩M

也就是说，螺栓转动越多，扭矩越大。但90%的扭矩被摩擦消耗，只有10%转化为夹紧力。举个例子，当你拧紧一个工艺要求为10n·m扭矩的螺栓时，我们真正需要的是1n·m的轴向扭矩，大部分被摩擦消耗掉了。

摩擦力和夹紧力有什么关系？通常遵循50-40-10的原则，即螺栓头下摩擦力50%，螺纹副摩擦力40%，夹紧力10%。但是在某些条件下，夹紧力的比例是可以改变的。

比如一个工人师傅拿起一个螺栓，发现它的螺纹有淤青或者有杂质，一旦你把它放进螺丝孔，这个螺栓产生什么样的夹紧力？一般认为有缺陷(杂质、凸起等。)在螺旋副中。按照装配扭矩装配后，螺栓头下有50%的摩擦力，丝杠副中有45%的摩擦力，只有我们想要的5%的夹紧力。这个时候这个螺栓的装配扭矩达到了，但是离我们需要的夹紧力还很远。在这里，如果螺栓在飞轮、曲轴等运动部件上脱落，就非常容易发生，这就造成了我们常说的“假拧紧”。

还有，弹性材料的软化会使夹紧力衰减，这也是软连接的扭矩衰减。比如气缸盖垫片材料比较软，所以我们采用两次拧紧的方法来减少夹紧力的衰减，而油底壳螺栓的夹紧力衰减是经常发生的，因为螺栓下面有油底壳垫片(由于材料比较软)。

想象一下，我们需要螺钉拉伸来产生夹紧力。扭矩越大，螺丝能伸得越长。扭矩不是越大越好吗？我们施加的扭矩越大，螺栓就会发生过度伸长，当螺栓超过屈服强度极限时就会发生应力断裂，从而失去螺栓的连接功能。

在实际工作中，很难检测两个连接体之间的压紧力或螺栓上的轴向预紧力，也很难直接控制。因此，人们采取了以下方法来间接控制它。

1.扭矩控制方法

转矩控制法是最初的也是最简单的控制方法。它基于这样的事实，即当螺钉连接时，轴向夹紧力F与紧固扭矩T成正比。可以用公式t = k f来表示，这个k就是扭矩系数。一个螺钉在设计的时候，它的轴向夹紧力F是已知的，拧紧力矩T是工艺设定的，我们的拧紧力矩也是工艺部门规定的。但在装配车间，往往达到了拧紧力矩，但装配好的螺栓还是不合格。为什么？

关键就在于这个扭矩系数。扭矩系数K变化的主要波动因素是综合摩擦系数U，也就是说螺栓和螺孔的精度、杂质、是否磕碰都会影响这个综合摩擦系数U，而且，K的这个值还和温度有关。日本住友公司通过实验证明，环境温度每升高1℃，扭矩系数K下降0.31%。扭矩控制方法是否准确？为了加深影响，根据德国工程师学会的拧紧实验报告，当拧紧力矩T的误差为0(即无误差施加力矩)时，螺栓的轴向夹紧力误差可达27.2%。

申请步骤:

或者直接或间接加载扭矩。

实际目标扭矩通常为屈服扭矩的50%至85%。

用于紧固弹性区域。

90%的负载扭矩用于克服摩擦。

预紧力的精度为25%

扭矩控制法的优点是:成本低，可以用简单的拧紧工具扭矩扳手检查拧紧质量。

其缺点是:拧紧精度不够，材料的潜力不能充分发挥，环境影响大(温度、螺栓螺纹、杂质、磕碰等。).

2.扭矩-角度控制方法(TA)也称为超弹性控制方法。

扭矩-角度控制法是将螺栓拧紧到一个很小的扭矩，通常是拧紧扭矩的40%-60%(工艺验证后制定)，然后从这个点开始拧紧一个规定的角度的控制方法。

这种方法是基于一定的旋转角度，也就是螺栓有一定的轴向伸长，连接件被压缩。这样做的目的是将螺栓拧在紧密的接触面上，克服一些表面不平整的不平整因素，而所需的轴向夹紧力是由转角产生的。计算出旋转角度后，摩擦阻力对轴向夹紧力的影响不再存在，因此其精度高于单纯的扭矩控制法。转矩控制方法的关键点是测量旋转角度的起点。一旦确定了这个旋转角度，我们就可以获得相当高的拧紧精度。

由于这种先进拧紧方法，产生了一种适应生产率的工具，即电动拧紧工具，其由电机、驱动齿轮、肘形齿轮、传感器等组成，且可以相对容易地设定预警扭矩和初始旋转角度。

申请步骤:

施加固定扭矩(启动(开门)扭矩)

将紧固件旋转至预定角度。

从最初的屈服收紧阶段，现在也用于弹性区域。

需要通过实验来确定初始(开门)扭矩和旋转角度参数。

预紧力的精度为15%

扭矩角控制法具有拧紧精度高、轴向夹紧力大的优点。

缺点:其控制系统复杂，需要测量预紧力矩和旋转角度两个数据。质量部门很难找到合适的方法来检查和跟踪紧固结果。

3.屈服点控制法

从上面的夹紧力图可以看出，螺栓在弹性区的轴向预紧误差δ F2远小于相同角度误差的螺栓在弹性区的轴向预紧误差δ f1。屈服点控制法是在拧紧螺栓到屈服点后停止拧紧螺栓的方法。是利用材料屈服现象发展起来的高精度拧紧方法。这种控制方法通过不断计算和判断拧紧力矩/角度曲线的斜率来确定屈服点。在螺栓拧紧过程中，扭矩/角度的变化曲线如扭矩和扭矩斜率对比图所示。真正紧缩开始时，斜率快速上升，然后短暂放缓后保持不变(a_b区间)。过了B点后，它的斜率在短时间内缓慢下降，然后迅速下降。当斜率下降到一定值时(一般定义为斜率下降到最大值的一半时)，表示已经达到屈服点(即扭矩对比图中的Q点)，立即发出停止拧紧的信号。屈服点控制法的拧紧精度很高，其预紧误差可控制在4%以内，但其精度主要取决于螺栓本身的屈服强度。

拧紧过程中监控扭矩和旋转角度。

当最大梯度减小时，可以区分最大梯度和屈服点。

利用最大压力的潜力

摩擦力没有减少。

每次拧紧允许的观察扭矩角

螺栓不能再用了。

预紧力精度±8%

4.座位点-拐角控制方法(SPA)

座椅角控制法是近年来在转矩角T-A法的基础上发展起来的一种新的控制方法。TA法以某个预扭矩Ts作为转角起点，SPA法计算转角起点，采用扭矩曲线直线段斜率与转角A坐标的交点S(见图)。

图中F1为TA法最大螺栓轴向预紧误差，F2为SPA法最大螺栓轴向预紧误差。从图中可以看出，采用TA法时，由于预紧力矩TS的误差(δTS = Ts2-Ts1，对应于螺栓轴向预紧力的误差δFs)，转过相同的转角A1后，螺栓轴向预紧力的误差为F1，与两种不同弹性系数的拧紧情况相比；即使弹性系数相等，由于δTs的存在也会有一些误差(见图中δF1和δF2)。如果采用SPA法，螺栓的轴向预紧力误差与弹性系数不同的两种拧紧条件相比为F2，因为都是从落座点S转到A2角。F2明显小于F1，即落座点-角度控制法的拧紧精度高于扭矩-角度控制法。采用SPA法，几乎可以完全消除摩擦系数对螺栓轴向预紧力的影响。下图是拧紧时不同摩擦系数对应的扭矩-角度曲线。图中摩擦系数:1 > 2 > 3。虽然不同的摩擦系数对应不同的扭矩-角度曲线斜率，但它们的坐落点(曲线线性段斜率与横轴的交点)相差不大。所以从这个点再拧一个角度Ac，就基本可以消除不同摩擦系数对螺栓轴向预紧力的影响。

与TA法相比，SPA法的主要优点是可以克服Ts中的扭矩误差，因此可以进一步提高拧紧精度。

5.螺栓伸长法

QA法是通过测量螺栓的伸长量来确定是否达到屈服点的控制方法。虽然每个螺栓的屈服强度不一致，也会给拧紧带来误差，但误差一般很小。QA法中测量螺栓伸长量的方法一般是超声波测量，超声波的回波频率随着螺栓伸长量的增加而增加，所以一定的回波频率代表一定的伸长量。就是图中所示的QA方法原理。由于超声波仪器测得的回波频率随螺栓拧紧(伸长量)和松开(伸长量减少量)的曲线在螺栓拧紧和松开时并不重合，所以同一螺栓轴向预紧力的上升频率低于下降频率。这样在测量螺栓屈服点时就要注意了。

6.扭矩斜率法

扭矩斜率法是以扭矩-角度曲线中扭矩斜率值的变化为指标来控制初始预紧力的方法。在这种拧紧方法中，通常将螺栓的屈服拧紧轴向力作为控制初始预紧力的目标值。这种拧紧方法一般用在螺栓的初始预紧力分散较小，能最大限度地利用螺栓强度的场合。但这种拧紧方法对初始预紧力的控制与塑性区转角法基本相同，需要严格控制螺栓的屈服点。与塑性区转角法相比，该方法在螺栓的塑性方面较少出现重复使用等问题，具有一定的优势。然而，紧固工具更加复杂和昂贵。

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