常用的緊固件——螺栓，它的扭力是如何衰減的？

今天我們來聊一聊螺栓的扭力是如何衰減的，從使用螺栓的原因、螺栓擰緊原理、動態扭矩、靜態扭矩和扭力衰減等方面來探討。

1、為什么使用螺栓？

?裝配簡單?拆卸方便?效率高?成本低

2、擰緊基本術語與原理

2.1 擰緊及其原理

擰緊原理

螺栓插入被連接件，利用螺母或內螺紋擰緊使螺栓拉伸變形，這種彈性變形產生了軸向的拉力，將被夾零件擠壓在了一起，稱為預緊力。

理論上，只要產生了足夠的夾緊力，完全可以保證被夾零件在震動、高低溫等惡劣環境下安全工作，而不必使用涂膠等輔助方法。

2.2 如何擰緊螺栓-扭矩

為了擰緊螺栓, 必須施加力以便擰緊螺母/螺絲。

扭矩（T）=力（F）×力臂（L）

2.3 螺栓連接件中的力

?旋轉螺母或螺絲使螺桿受力伸長；

?螺桿伸長產生的夾緊力把連接件夾緊；

?我們需要的是連接件中的夾緊力。

? 90%的扭矩被摩擦力消耗；

? 只有10%的扭矩轉化為夾緊力。

夾緊力與摩擦力的關系與影響

螺紋連接狀態的分類

定義來源：ISO5393“螺紋緊固件用旋轉式氣動裝配工具性能試驗方法”

（國標對應版本為GB/T26547-2011)。

A. 硬連接：到達貼合點后，旋轉30°以內達到目標扭矩；

B. 軟連接：到達貼合點后，旋轉720°（2 圈）以上達到目標扭矩；

C. 中性連接：到達貼合點后，旋轉內30°-720°（2 圈內）達到目標扭矩

扭矩的過扭程度受連接件硬度以及工具轉速影響。

影響夾緊力的因素

3、動態扭矩及靜態扭矩

3.1 動態、靜態扭矩的定義

4、扭力衰減

4.1 扭矩衰減的定義

扭矩衰減：擰緊工作完畢后發生在緊固件上的扭矩降低現象即為扭矩衰減，衰減后的扭矩低于目標值但較為穩定，一般在擰緊操作完成后的30ms內會完成60%以上的扭矩衰減。

對于任何連接，隨著時間的推移，都會有一定程度的扭矩衰減，一般發生在以下兩種情況中：

1、粗糙的表面配合時造成的衰減；

2、軟連接中的扭矩衰減。

4.2 扭力衰減的測量流程

靜態扭矩會隨著時間的推移而衰減（即夾緊力衰減），被緊固件為非金屬時尤為明顯，而影響靜態扭矩的因素較多，與夾緊力之間的線性關系不明顯，因此不能通過靜態扭矩的值來計算出衰減后的夾緊力，只能通過專業的實驗設備來確定衰減后的夾緊力，從而找到緊固特定產品狀態下夾緊力與靜態扭矩的對應關系，而后靜態扭矩可以用來監控生產過程的穩定性。

4.3 靜態扭力的測量方法

?方法1 咔噠扳手法（只能作為產品復檢手段）；?方法2 返松法；?方法3 標記法；?方法4 擰緊法（T）；?方法5 move on 法（用小角度（2~4度）反推所需扭矩）；?方法6 瞬時松動法（break away）（atlas專利）。

方法1咔噠扳手法（只能作為產品復檢手段）

咔噠扳手：只能檢測扭矩過低（通常設為扭矩下限的90%）無法準確檢測靜態扭矩。

因其操作簡單，目前生產過程中運用比較多的方法。

方法3標記法

用于：擰緊完成有一段時間，螺栓上的銹蝕或其他原因而導致靜態扭矩增加（較少在汽車工業上應用）。

方法4擰緊法（T）

方法5 move on 法

方法6 瞬時松動法

方法6 瞬時松動法（Break away)操作步驟

4.4 扭力衰減的影響因素

扭矩衰減的影響因素很多，如扭矩衰減已導致連接失效，不滿足產品要求時，應從設計和工藝角度進行分析、改進。

影響因素舉例說明：

1、被裝配件的表面粗糙度：材料的變形——局部嵌入。

應對策略：盡量避免部件的表面粗糙度過大。

2、彈性連接材料：尤其是塑料或密封件。

應對策略：
降低最終擰緊的速度；

分步擰緊—如分步驟設置目；

標扭矩60%—80%—100%；

使用擰緊（如至目標扭矩80%）+反松+最終擰緊的方法。

3、過快的裝配速度、不合理的裝配動作

應對策略：

1）降低最終擰緊的速度分步擰緊—如分步驟設置目標扭矩60%—80%—100%；

2）使用擰（如至目標扭矩80%）+反松+最終擰緊的方法：

①選用合適的工具；

②多軸同步擰緊；

③擰緊的次序。

螺紋聯接時緊固力和緊固順序相當重要，如緊固力與緊固順序配合不當，表面看起來螺紋其實都以緊固完成，實質上螺紋在經過震動、沖擊和交變運動后，很快就會松動。所以在成組螺釘、螺母緊固時，一定按正確的緊固順序逐次（一般兩三次）擰緊螺母。一般第一次緊固力為25%，第二次緊固力為50%，第三次緊固力為100%。

下圖為各種聯接件的緊固順序：

長條形零件：從中間開始向兩邊緊固，防止零件變形。

對稱零件：從對角開始緊固，如方形、圓形件。

多孔零件的緊固：從中向四周對稱發散進行。

4、其他：如裝配過程中的溫度（復雜）。

應對策略：

?避免不合理的摩擦；

?避免熱膨脹系數不同/相差過大。

4.5 扭矩衰減的改善措施

影響扭矩衰減的因素很多，針對不同的扭矩衰減形式改善措施也不盡相同，綜合以上內容，從工藝和設計角度去考慮扭矩衰減的常見改善措施歸納如下，當然，改善措施不局限于以下內容。

設計角度

1.表面粗糙度

表面粗糙度越小，材料表面越光滑，在擰緊后扭矩衰減越小。

2.材料硬度

提高材料硬度，材料表面互相之間嵌入越困難，扭矩衰減也越小。

3.彈性材料

塑料或橡膠等，盡量少采用，如必須采用，應制定周全的擰緊策略，以保證衰減后的夾緊力滿足產品要求。

4.螺栓選擇

細牙螺栓相比粗牙螺栓螺距更小，螺紋升角也小，在使用中不容易松動，因此采用細牙螺栓扭矩衰減會較粗牙低。

工藝角度

1.擰緊策略

改變擰緊策略，兩步擰緊或多步擰緊，在擰緊過程中停頓50ms可釋放彈性應變，降低衰減。

2.擰緊速度

當工件被壓緊后，毛刺在較大的夾緊力下變形， “變短”夾緊力下降，殘余扭矩同步下降擰緊速度越快，毛刺的初始變形越小，殘余扭矩下降越多，因此，降低擰緊速度可以降低扭矩衰減。

3.擰緊順序

把單軸擰緊改成幾軸同時擰緊，可降低扭矩衰減；或者采取單軸多步逐漸擰緊到目標扭矩，也可以降低扭矩衰減。