常用的緊固件——螺栓，它的扭力是如何衰減的？

今天我們來(lái)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(dòng)態(tài)扭矩、靜態(tài)扭矩和扭力衰減等方面來(lái)探討。

1、為什么使用螺栓？

?裝配簡(jiǎn)單?拆卸方便?效率高?成本低

2、擰緊基本術(shù)語(yǔ)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(nèi)螺紋擰緊使螺栓拉伸變形，這種彈性變形產(chǎn)生了軸向的拉力，將被夾零件擠壓在了一起，稱為預(yù)緊力。

理論上，只要產(chǎn)生了足夠的夾緊力，完全可以保證被夾零件在震動(dòng)、高低溫等惡劣環(huán)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(zhuǎn)螺母或螺絲使螺桿受力伸長(zhǎng)；

?螺桿伸長(zhǎng)產(chǎn)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(zhuǎn)化為夾緊力。

夾緊力與摩擦力的關(guān)系與影響

螺紋連接狀態(tài)的分類

定義來(lái)源：ISO5393“螺紋緊固件用旋轉(zhuǎn)式氣動(dòng)裝配工具性能試驗(yàn)方法”

（國(guó)標(biāo)對(duì)應(yīng)版本為GB/T26547-2011)。

A. 硬連接：到達(dá)貼合點(diǎn)后，旋轉(zhuǎn)30°以內(nèi)達(dá)到目標(biāo)扭矩；

B. 軟連接：到達(dá)貼合點(diǎn)后，旋轉(zhuǎn)720°（2 圈）以上達(dá)到目標(biāo)扭矩；

C. 中性連接：到達(dá)貼合點(diǎn)后，旋轉(zhuǎn)內(nèi)30°-720°（2 圈內(nèi)）達(dá)到目標(biāo)扭矩

扭矩的過(guò)扭程度受連接件硬度以及工具轉(zhuǎn)速影響。

影響夾緊力的因素

3、動(dòng)態(tài)扭矩及靜態(tài)扭矩

3.1 動(dòng)態(tài)、靜態(tài)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(fā)生在緊固件上的扭矩降低現(xiàn)象即為扭矩衰減，衰減后的扭矩低于目標(biāo)值但較為穩(wěn)定，一般在擰緊操作完成后的30ms內(nèi)會(huì)完成60%以上的扭矩衰減。

對(duì)于任何連接，隨著時(shí)間的推移，都會(huì)有一定程度的扭矩衰減，一般發(fā)生在以下兩種情況中：

1、粗糙的表面配合時(shí)造成的衰減；

2、軟連接中的扭矩衰減。

4.2 扭力衰減的測(cè)量流程

靜態(tài)扭矩會(huì)隨著時(shí)間的推移而衰減（即夾緊力衰減），被緊固件為非金屬時(shí)尤為明顯，而影響靜態(tài)扭矩的因素較多，與夾緊力之間的線性關(guān)系不明顯，因此不能通過(guò)靜態(tài)扭矩的值來(lái)計(jì)算出衰減后的夾緊力，只能通過(guò)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備來(lái)確定衰減后的夾緊力，從而找到緊固特定產(chǎn)品狀態(tài)下夾緊力與靜態(tài)扭矩的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而后靜態(tài)扭矩可以用來(lái)監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性。

4.3 靜態(tài)扭力的測(cè)量方法

?方法1 咔噠扳手法（只能作為產(chǎn)品復(fù)檢手段）；?方法2 返松法；?方法3 標(biāo)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(shí)松動(dòng)法（break away）（atlas專利）。

方法1咔噠扳手法（只能作為產(chǎn)品復(fù)檢手段）

咔噠扳手：只能檢測(cè)扭矩過(guò)低（通常設(shè)為扭矩下限的90%）無(wú)法準(zhǔn)確檢測(cè)靜態(tài)扭矩。

因其操作簡(jiǎn)單，目前生產(chǎn)過(guò)程中運(yùn)用比較多的方法。

方法3標(biāo)記法

用于：擰緊完成有一段時(shí)間，螺栓上的銹蝕或其他原因而導(dǎo)致靜態(tài)扭矩增加（較少在汽車工業(yè)上應(yīng)用）。

方法4擰緊法（T）

方法5 move on 法

方法6 瞬時(shí)松動(dòng)法

方法6 瞬時(shí)松動(dòng)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(dǎo)致連接失效，不滿足產(chǎn)品要求時(shí)，應(yīng)從設(shè)計(jì)和工藝角度進(jìn)行分析、改進(jìn)。

影響因素舉例說(shuō)明：

1、被裝配件的表面粗糙度：材料的變形——局部嵌入。

應(yīng)對(duì)策略：盡量避免部件的表面粗糙度過(guò)大。

2、彈性連接材料：尤其是塑料或密封件。

應(yīng)對(duì)策略：
降低最終擰緊的速度；

分步擰緊—如分步驟設(shè)置目；

標(biāo)扭矩60%—80%—100%；

使用擰緊（如至目標(biāo)扭矩80%）+反松+最終擰緊的方法。

3、過(guò)快的裝配速度、不合理的裝配動(dòng)作

應(yīng)對(duì)策略：

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

2）使用擰（如至目標(biāo)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(lián)接時(shí)緊固力和緊固順序相當(dāng)重要，如緊固力與緊固順序配合不當(dāng)，表面看起來(lái)螺紋其實(shí)都以緊固完成，實(shí)質(zhì)上螺紋在經(jīng)過(guò)震動(dòng)、沖擊和交變運(yùn)動(dòng)后，很快就會(huì)松動(dòng)。所以在成組螺釘、螺母緊固時(shí)，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(lián)接件的緊固順序：

長(zhǎng)條形零件：從中間開始向兩邊緊固，防止零件變形。