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拧紧力矩要求「紧固扭矩」

2023-09-09 08:16:35

扭矩法和角度法，是目前主流的拧紧方法，通常情况下：

扭矩法拧紧的螺栓一般处于拧紧曲线的线性段；角度法拧紧的螺栓一般处于拧紧曲线的过屈服点段。

那拧紧点能否即利用角度法夹紧力散差小的好处，同时螺栓不过屈服呢？

即不过屈服的角度法。该类拧紧的特点是夹紧力散差小；螺栓未过屈服，可重复使用；螺栓的利用率相比于扭矩法，有一定程度的提升，螺栓利用的区域，大致如下图所示。

该类拧紧的曲线的工艺扭矩应控制多少合适？今天，我们和各位螺丝君一起探讨下。

拧紧曲线的阶段解析

完整的拧紧曲线的阶段主要分为：找帽、拧入至贴合、贴合至屈服、屈服至最高扭矩、最高扭矩至断裂过程5个阶段，如有对拧紧阶段不清楚的，之前的推送文章有详细解析。

不过屈服的角度法对应的工艺点，一般比较适合在接近屈服点的位置，同时对螺栓的利用率也相对较高。

拧紧曲线的屈服点

要保证该类拧紧方法-角度法不过屈服，首先需准确获得屈服点在哪？

下面通过一个拧紧曲线，告知下大家如何确定拧紧的屈服点？

箭头1号所指的直线为螺栓拧紧的线性段，与拧紧曲线相交的最低点为贴合扭矩，与拧紧曲线相交的最高点为线性最大扭矩。

箭头2号所指的为拧紧曲线过屈服后的切点，同时曲线2的斜率变为曲线1的1/2时，即为所获得的曲线。

曲线2与曲线1相交，再向X轴做垂线，与螺栓拧紧曲线的交点A即为屈服点。

不过屈服点和过屈服点的角度法比较

各位螺丝君比较熟悉应该过屈服拧紧的角度法，以汽车为例，底盘位置承受的载荷相对较大，且多为疲劳载荷，使用该方法拧紧是最合适。

而不过屈服的角度法使用相对少点，但因为其有拧紧后螺栓不过屈服，且夹紧力散差小的优点，也是很有利用之处的，例如方向盘和管柱的连接采用的就是该方法。

角度法一般均采用先拧至特定扭矩再拧至特定角度（即Mth A的拧紧方法），例如40Nm 90°。其中40Nm是为了保证零件能够绝对的贴合，再加拧紧角度才能保证有效的拧紧。

举个例子，某连接副的结构如下图所示，零件间有明显的间隙，如果此时的Mth扭矩不足以克服间隙保证贴合，假设拧紧Mth后还有一个螺距的间隙，此时预设的拧紧角度为360°。

那么在Mth 360°后，间隙也就刚消除，而无法达到连接副的有效拧紧。因此，解决这个问题方式有2个，一是减少焊接过程中零件间的间隙，二是增加起始的拧紧扭矩Mth。

因为不过屈服的角度法比过屈服的角度法的螺栓利用率会低点，因此螺栓拧紧的Mth和A都是相对小点，但要确保Mth能有效保证螺栓完全贴合。如果设计的Mth低点，角度大点，此时夹紧力散差则小点；

如果设计的Mth高点，角度小点，此时夹紧力散差则大点。具体的角度也因连接副的不同有所差异，连接副越长，从螺栓贴合至屈服点的角度在越大。

因此，设计的拧紧的角度一般也越大，整体的原则是扭矩和角度叠加起来不能过了拧紧曲线的屈服点。

不过屈服的角度法扭矩应如何控制

那么，扭矩和角度叠加后的扭矩到底多大合适呢？

如下图所示MRe为屈服扭矩，Mlin为拧紧曲线线性段最大扭矩，MA为工艺扭矩，Mth为门槛扭矩，我们建议如下:
0.65* Mlin≤MA≤MRe

其中，工艺扭矩要高于0.65Mlin就是为了保证螺栓能被充分利用，工艺扭矩要低于屈服扭矩是保证螺栓需要不过屈服点，此时螺栓和连接副可重复使用。

案例

某个螺栓拧紧设计的拧紧工艺为40Nm 45°，设计要求为角度法，但连接副不过屈服，

下图为拧紧至失效的曲线，该螺栓的工艺扭矩MA=97Nm（拧紧40Nm 45°)。线性最大扭矩Mlin=104Nm，屈服扭矩为114Nm，具体见下图所示。

将数据代入公式校核：0.65* Mlin≤MA≤Mre。该连接副设计的扭矩和角度符合要求。

拧紧曲线在拧过屈服点后，拧紧曲线出现如下图所示形貌，而非扭矩快速降至接近0Nm，该拧紧曲线为典型的螺纹滑牙曲线，拧紧副的设计一般要求失效形式为螺栓断裂。

因此，建议增加该连接副内螺纹螺纹孔强度，可通过增加连接副材料强度、螺纹的啮合长度等措施进行优化。

最后

不过屈服的角度法拧紧因其夹紧力散差小、连接未过屈服可重复使用的特点，目前在拧紧设计中也有一定程度的使用。拧紧后的按照扭矩角度后的扭矩建议范围为高于0.65倍线性最大扭矩，低于屈服扭矩。

今天的话题，就分享到这里；更多详情，请关注微信公众号：GAF螺丝君（GAF-luosijun）