螺纹紧固件拧紧扭矩的确定方法研究

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1、JournalofWuhanPolytechnic·机械与电气工程·螺纹紧固件拧紧扭矩的确定方法研究陈亭志（武汉职业技术学院，湖北武汉430074）摘要：为在满足使用要求的情况下充分发挥螺纹紧固件的效能，提出了拧紧扭矩计算的预紧力-扭矩特性曲线法。分析过程中，通过理论推导和实验分析，得到了在拧紧过程中等效拉应力与实际拉应力的关系式；并得到了当螺纹紧固件在拧紧至屈服之前，螺纹摩擦扭矩与拧紧总扭矩之比不变的结论。运用预紧力-扭矩特性曲线法对某汽车发动机承重螺栓的拧紧扭矩进行计算，通过与实际扭矩值进行比较，表明该方法更能发挥螺栓的使用效能。关键词：螺纹紧固件；预

2、紧力-扭矩特性曲线法；拧紧扭矩中图分类号：TG493.;TH131.3文献标识码：A文章编号：1671-931X（2013）01-0102-04102武汉通过理论推导和实验分析对拧紧扭矩确定的方法进职引言业行了研究，并通过对某发动机承重螺栓的计算分析，技螺纹联接作为四大联接方式之一，由于其结构验证了新方法的可行性。术学简单、联接可靠、装卸方便等优点，在装配中举足轻院一、螺纹紧固件拧紧扭矩分析重。而螺纹联接的紧固方法中，扭矩法由于其成本学报低、使用方便及其可检测性，依然是使用最为频繁的（一）扭矩系数分析二方法。关于汽车螺纹紧固件的拧紧扭矩，欧美等发达不同应用

3、场合上的螺纹紧固件，拧紧扭矩和预O一国家已经制定了相应的标准。我国近年也制定了相紧力之间的关系可以用下列计算公式[2]表达：三应的行业标准，但由于国内汽车行业发展参差不齐，Tf=KFfd（1）年汽车行业标准与企业实际生产状况有一定差距，很1P第K=（+μsd2secα＇+μwDw）（2）十多企业不得不对螺纹紧固件的扭矩装配工艺制定企2dπ二33业规范。传统的扭矩设定方法可归结为两种：一是采d-d卷2wh第用人工施加扭矩，测试定点的扭矩系数，以此得出试式中：Dw=3×22d-d一验批产品的扭矩系数平均值和标准差，并作为该批wh期产品施扭指导数据，其缺点是仅以

4、一点的数据反映Tf—紧固扭矩；K—扭矩系数；Ff—初始预紧力；（总加载全过程的预紧力—扭矩关系，造成可信度不高d—螺纹公称直径；P—螺距；μs—螺纹摩擦系数；第[1]。二是测量螺纹摩擦系数和支撑面摩擦系数，然后μw—支撑面摩擦系数；d2—螺纹中径；α＇—螺纹牙侧六十通过理论计算得到扭矩范围，其缺点是单纯以摩擦角；Dw—支撑面摩擦扭矩的等效直径，dw—接触的支三系数来计算扭矩系数，忽略了其它因素对扭矩系数撑面外径；dh—接触的支撑面内径。期）的影响，以此算得的拧紧扭矩可信度依然不高。本文扭矩系数是由摩擦系数μs、μw和螺纹常数等共收稿日期：2013-01-0

5、4作者简介：陈亭志（1981-），女，武汉职业技术学院机电工程学院讲师，研究方向：数控技术。机械与电气工程Mechatronics同决定的参数，对于理想的特定螺纹联接副而言，当1πd2σ=Ff/姨s姨（4）4摩擦系数确定之后，扭矩系数也就唯一确定了。因τ—螺纹紧固件杆部承受扭矩Ts的剪应力，此，特定的预紧力，只要扭矩系数范围确定，所需要13陈的扭矩范围也就确定了。应指出，摩擦系数有明确的τ=Ts/姨πds姨（5）16亭物理意义，可以理解为一个材料常数，当摩擦面的材其中ds为螺纹等效直径。志质、表面状态和润滑条件改变之后，摩擦系数也就随假设摩擦扭矩Ts和总紧

6、固扭矩Tf如下比例关：之改变；严格来说，温度和相对滑动速度对摩擦系数螺系：也是有一定影响的[3]。螺纹常数主要取决于螺纹联接纹Ts=βTf（6）紧副的几何形状，实际的螺纹联接副不可避免地存在则根据公式（1）、（3）、（4）、（5）、（6）最终得到等固制造公差，有时甚至存在铁屑、螺纹碰伤、螺纹乱扣效拉应力与实际拉应力关系如下：件干涉等缺陷[4]。此时，即使一批螺纹紧固件的摩擦系d拧σ=σ1+48β2K2姨姨2（7）数（螺纹间摩擦系数和支撑面摩擦系数）保持恒定，v姨ds紧其扭矩系数也将不可避免地存在散差。因此，扭矩系d扭其中，只与螺纹尺寸有关，β是螺纹摩擦扭矩

7、d矩数必须根据具体条件进行实验实测，而不可简单的s与总拧紧扭矩之比。的根据摩擦系数进行推算，从而也说明了通过测量摩确擦系数的方法来计算拧紧扭矩是不准确的。显然d在拧紧过程中基本是不变的，因此，上式定ds（二）应力分析方（7）应重点分析β和K在拧紧过程中的变化情况。螺纹紧固件在拧紧的时候受到的是扭-拉复合法由于Ts恰好为螺纹摩擦消耗掉的扭矩，Tf=Ts+Tw研应力作用，根据第三强度理论，螺纹紧固件的等效拉[6]，已知螺纹间摩擦扭矩[7]为：究应力可按下式求得[5]：P22Ts=Ff姨0.577d2μs+姨σv=姨σ+3τ（3）2π支撑面摩擦扭矩[7]为：式中

8、σ—等效拉应力；v1σ—实际预紧力产生的拉应力，Tw=μwFfDw