螺栓和拧紧资料讲解学习.ppt

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1、螺栓和拧紧资料1.0 螺栓的基础知识1.1 螺栓的尺寸性能21.2 螺栓的机械性能1.2.1 抗拉强度、屈服强度和延伸率 31.2.1.1 应力应变曲线41.2.1.2 抗拉强度的检测方法加载速度不能超过30MPa/S51.2.2 头部坚固性 将头部弯曲90-角，不允许在过渡圆角处产生断裂对于全螺纹的螺栓，只要未发生掉头现象，允许在第一扣处产生裂纹 对于六角头或方头螺栓，其头部应支撑在棱边上。本试验通过对螺栓头在垂直方向上敲打几锤使螺栓头部折弯90-角 671.2.3 楔负载o这种严格的拉伸试验可以把那些可能在其头部与杆部的交接处没有足够的变形能力的螺栓暴露出来。这些螺栓受到过度的冷变形加工，

2、或具有过多的特殊冶金成分891.2.4 硬度 注:在有争议的情况下，以维氏硬度为准10111.2.5 延迟断裂o该项性能适用于质量级别9.8级以上的螺栓，也适用于带锥形弹性垫片的螺栓。也可以用于检测镀锌后的氢脆o用于该检查的装置见图 7。o在试验时在螺栓上施加一个拧紧力矩获得预紧力：F=95%Re*AS 在预紧力下保持48小时，不应该在螺栓上观察到任何开始断裂的迹象及裂纹 12131.2.6 摩擦系数o本试验的目的在于检查与一定大小的预紧力相对应的拧紧力矩是否落在规定的范围内o该检查可以从总体上评价紧固件的摩擦性能，包括：结构、粗糙度、表面涂层等特征参数的一致性 o摩擦系数的检测有两种方法：1

3、、摩擦系数是一个确定的值。例如：0.1520%。可以使用摩擦系数试验机直接测量。除非另有说明，一般都是：0.1520%2、给定预紧力和拧紧力矩的范围。可以使用摩擦系数试验机测量，也可以通过其它的专用设备完成14151.2.7 机械性能试验说明o1、由于检测方法的不确定性，螺栓的屈服强度只做为理论计算时的依据，在做机械性能试验时不检查该项内容。o2、楔负载试验=抗拉强度试验+头部坚固性试验o3、由于尺寸限制无法做抗拉强度试验时，可以用硬度替代161.3 螺母与螺栓的匹配o一般来讲螺栓应该匹配同级别的螺母，也可以使用高一级别的螺母。但绝对不能使用低一级别的螺母17小结一o一、螺栓的基本性能 1、尺

4、寸性能 2、质量级别o二、螺栓的试验方法 1、抗拉强度 2、摩擦系数 三、螺栓和螺母的匹配181.4 螺栓在文件中的表达方式o1、螺栓的命名规则 在PSA标准里，螺栓的名称体现了它所有的性能和主要的 尺寸参数。它的具体规则如下：名称 头部形式 头下形式 特殊要求 公称直径和螺距 头下长度 质量级别 镀层形式 尾端形式 摩擦系数 例如：VIS H EMB ENDUC M10X150 L30 AC8 DAC500A CC FF o2、零件上的标识方法 螺栓上的标识必须包含以下两个信息:1、供应商的厂家标识；如：EQ表示供应商是东风61 2、质量级别；如：8.8表示质量级别是8.8级19o3、在明细

5、表里的表达方式 在明细表里，除了有螺栓的名称外，还有关于螺栓拧紧方面的信息。它的编码规则如下：（以力矩法为例）拧紧方式 摩擦系数 力矩及误差 例：VNB FT12/18 C30%252021222324251.5力矩的选用原则o力矩产生的应力不能超过螺栓屈服强度的95%o最佳应力范围应在螺栓屈服强度的50%-85%261.5.1 螺栓力矩和应力的对应关系o针对ISO标准的螺栓，力矩和应力的对应关系可以使用以下经验公式：oPSA集团使用的公式 o中国行业经验公式 C=0.2*F*d271.5.2力矩推荐值螺纹规格(AC8.8)紧固力矩(NM)无法兰面有法兰面M545M689M82024M10X1

6、.254045M104045M12X1.257085M127075281.6 螺栓的制造工艺o普通螺栓制造工艺 原材料进厂检验酸洗退火磷化拉丝冷镦搓丝热处理表面处理o高强度螺栓制造工艺 原材料进厂检验酸洗退火磷化拉丝冷镦热处理滚丝表面处理291.6.1螺栓工艺中应注意:o1、穿垫螺栓应首选热处理后再穿垫滚螺纹o2、穿垫螺栓应避免表面镀锌301.6.2 过程审核时的要点31小结二o一:螺栓拧紧的表达方式和选用原则 1、螺栓名称表达方式的含义 2、螺栓拧紧表达方式的含义 3、螺栓力矩的选用o二:螺栓的制造工艺 1、螺栓的制造工艺 2、螺栓过程审核的要点32 拧紧拧紧332.0 概述o使用螺栓装配是

7、为了在两个零件间产生足够的联结应力，使用螺栓装配是为了在两个零件间产生足够的联结应力，避免在受到外应力作用时出现分离和滑落，并易于卸装。避免在受到外应力作用时出现分离和滑落，并易于卸装。确保以下功能：确保以下功能：1 1、密封。如：缸盖螺栓、密封。如：缸盖螺栓 2 2、动载和静载的传递、动载和静载的传递342.1 装配模型设计35o因此可以通过并列的两个弹簧（图因此可以通过并列的两个弹簧（图10）来建立总成模型：一个刚度）来建立总成模型：一个刚度Ka表表示装配件，另一个示装配件，另一个Kb表示螺栓（或螺母）。表示螺栓（或螺母）。o在应力在应力F0下紧固（自由状态转为预加载荷状态下紧固（自由状态

8、转为预加载荷状态)，装配零件压缩至，装配零件压缩至D0a，螺钉拉伸至螺钉拉伸至D0b（图（图4）。）。o完成装配后，受到外轴向应力完成装配后，受到外轴向应力Fez的作用的作用,零件被卸载，螺钉被拉伸。根零件被卸载，螺钉被拉伸。根据其刚度，外应力分布在固定零件和装配零件上。伸长率在螺钉上变为据其刚度，外应力分布在固定零件和装配零件上。伸长率在螺钉上变为Db,在零件上变为压缩在零件上变为压缩Da。螺钉上可见应力部分为。螺钉上可见应力部分为Fb，零件上则为，零件上则为Fa。力的平衡表现为力的平衡表现为:Fez+(F0-Fa)(F0+Fb)=0.o零件全部卸载会脱落，应力零件全部卸载会脱落，应力Fa部

9、分等于预加应力部分等于预加应力F0。F0-Fa=0 而而 F0+Fb=Fez 时，表明螺钉受到整个外应力时，表明螺钉受到整个外应力363738o令：令：（：载荷系数）：载荷系数）o o o所以：所以：o总成刚性系数总成刚性系数Ka要远远高于螺钉刚性系数要远远高于螺钉刚性系数Kb,所以载荷系数所以载荷系数一般一般接近接近0，1（Ka是是Kb的十倍）的十倍）392.2 螺栓上的载荷1、螺栓上的拉应力（静载荷）可用下图表示40 2、螺栓上的拉应力（动载荷）可用下图表示41o由图可知,当,Fo一定时,可获得较大的静态载荷Fez。也就意味着能抵抗更大的静态外力。若要，则Ka，Kb。可以采用使用刚性螺栓（

10、直径大，长度短）和增加弹性零件（如：使用垫圈）。但此时，附加在螺栓上的动态载荷的振幅也将很大。o由图可知,当,Fo一定时,可获得较小的静态载荷Fez。也就意味着能抵抗较小的静态外力。若要，则Ka ，Kb。可以采用使用弹性螺栓（直径小，长度大）。但此时，附加在螺栓上的动态载荷的振幅也将很小422.3 紧固部件的动力性能疲劳强度432.3.1 允许极限应力耐久性44o在紧固装配平均应力下（在紧固装配平均应力下（sm=0.5到到0.8.Re），允许交替应力），允许交替应力sa与与平均应力平均应力sm之间存在一定联系（之间存在一定联系（200MPa的的 sm变化，相对有变化，相对有10MPa sa的变

11、化）的变化）o允许交替应力允许交替应力sa独立于质量分类外，实际上，对于受到冷滚和热处理独立于质量分类外，实际上，对于受到冷滚和热处理分类分类8.8的螺栓，的螺栓，50MPa动力条件下的应力振幅可以近似看作一个动力条件下的应力振幅可以近似看作一个不能超过的值。不能超过的值。o允许交替应力允许交替应力sa随着螺钉直径的变化而变化，对于应力周期数高于随着螺钉直径的变化而变化，对于应力周期数高于106和质量等级和质量等级8.8的情况，我们可以采用图的情况，我们可以采用图16中提供的数值。中提供的数值。o对于质量等级对于质量等级8.8和介于弹性极限和介于弹性极限Re或或Rp0.2 的的50与与90%的

12、平的平均应力，就静力条件下的性能而言疲劳应力是十分低的，并且疲劳应均应力，就静力条件下的性能而言疲劳应力是十分低的，并且疲劳应力与所考虑的直径和质量分类无关力与所考虑的直径和质量分类无关o微弱疲劳耐受力以及根据质量等级产生的微小变化，通过低载荷下螺微弱疲劳耐受力以及根据质量等级产生的微小变化，通过低载荷下螺纹底部塑性形变的大小表示出来，这种形变是由于应力分布的不均匀纹底部塑性形变的大小表示出来，这种形变是由于应力分布的不均匀和高度集中而产生的（图和高度集中而产生的（图17）。）。4546小结三o拧紧的原理 预紧力和刚度系数决定了拧紧系统的静态和动态性能472.4 螺钉紧固方法o以下几页的图表（

13、建立在低摩擦下缸盖螺钉紧固曲线图以下几页的图表（建立在低摩擦下缸盖螺钉紧固曲线图上）表示通常采用的各种紧固方法下张力分布。张力分上）表示通常采用的各种紧固方法下张力分布。张力分布不仅依赖于力矩分布，同样很大程度受到摩擦分布影布不仅依赖于力矩分布，同样很大程度受到摩擦分布影响。响。o由于机械制造应力使摩擦分布（大约由于机械制造应力使摩擦分布（大约20%）很难减少。）很难减少。482.4.1 力矩紧固 o这是最常用的方法：直到获得一定强度力矩时才拧紧。这这是最常用的方法：直到获得一定强度力矩时才拧紧。这只需有一把扭力扳手即可完成手动拧紧，或在螺钉拧紧链只需有一把扭力扳手即可完成手动拧紧，或在螺钉拧

14、紧链中安装一个扭力计即可完成机器拧紧。中安装一个扭力计即可完成机器拧紧。o力矩拧紧造成张力分布是力矩分布的两倍。拧紧工具不能力矩拧紧造成张力分布是力矩分布的两倍。拧紧工具不能得到得到 10%力矩，使用这个方法张力分布不能低于力矩，使用这个方法张力分布不能低于 25%.。o然而这个方法要求紧固件高刚性（短螺钉然而这个方法要求紧固件高刚性（短螺钉)，或在装配时，或在装配时在同等环境下用不同长度的螺钉进行在同等环境下用不同长度的螺钉进行49502.4.2 角拧紧o本方法用于在零件安装中施加相应的预加力矩和确定的拧紧角。本方法用于在零件安装中施加相应的预加力矩和确定的拧紧角。旋转角大体上与摩擦无关联。

15、旋转角大体上与摩擦无关联。o这个方法通过将其放在一个较低水平上来降低力矩分布的影响。这个方法通过将其放在一个较低水平上来降低力矩分布的影响。角度测量的精确度约为角度测量的精确度约为 5（甚至是（甚至是3)，角拧紧可以将张力，角拧紧可以将张力分布归为分布归为 15%。o方法适用于重要的拧紧和尺寸与弹性性能恒定的零件方法适用于重要的拧紧和尺寸与弹性性能恒定的零件51522.4.2.1 力矩和角度控制o自动拧紧工具可以通过角度控制更好地控制紧自动拧紧工具可以通过角度控制更好地控制紧固固532.4.3 塑性区的紧固o这个方法旨在完成超过螺钉弹性极限的角度紧固。曲线斜这个方法旨在完成超过螺钉弹性极限的角

16、度紧固。曲线斜率更低，张力分布大大的降低。这样能达到率更低，张力分布大大的降低。这样能达到 5%的分布。的分布。o这个方法通常使用在装配件中，其拧紧长度很长并且受到这个方法通常使用在装配件中，其拧紧长度很长并且受到低动力应力的作用。必须要求熟悉使用螺钉在塑性领域的低动力应力的作用。必须要求熟悉使用螺钉在塑性领域的性能。它可以优化利用螺钉机械性能和对预负荷进行低分性能。它可以优化利用螺钉机械性能和对预负荷进行低分布，而且因为保持了最大弹性，所以可以更好的保证避免布，而且因为保持了最大弹性，所以可以更好的保证避免拧松的风险。拧松的风险。5455572.4.5 拧紧方法和适用范围582.5 拧紧的失

17、效形式o工作中的破坏通常是错误的使用紧固件 1、螺栓级别与螺栓所承受的应力不适应 2、装配中预紧力过大或过小5960断裂原因失效举例使用环境偶然冲击干扰振动装配拧紧力过大拧紧力过小使用了不合适的垫圈材料选择钢号与尺寸不符(未淬透)设计螺栓级别选择错误尺寸选择错误产生弯曲应力表面处理氢脆热处理表面脱碳回火脆性回火温度不够成型螺纹加工缺陷,头下圆角头下折叠612.6 紧固件的断裂位置o螺栓螺纹处断裂占75%622.7 装配中预紧力的损失o预紧力的损失是众多破坏的原因之一，表现为两种形式：1、零件永久变形 2、紧固件的自松 永久变形的原因：1、塑性材料零件的挤压变形 2、进入塑性范围（螺栓、支承面等

18、）自松的原因：垂直于紧固件的动载最容易引起紧固件的自松。紧固件的直径越小、预紧力、摩擦力及拧紧高度越大越不容易自松632.8 拧紧检查o为了使一个总成很好的固定，必须在螺钉上施加足够的张力为了使一个总成很好的固定，必须在螺钉上施加足够的张力以避免组件有任何脱离和滑移现象以避免组件有任何脱离和滑移现象o如上面所说，需要预负荷如上面所说，需要预负荷(1-)Fez来避免分离。为避免滑动，来避免分离。为避免滑动，还要施加一个等效预负荷还要施加一个等效预负荷Fexy/fg，其中其中fg 表示零件接触面表示零件接触面的摩擦系数，的摩擦系数，Fexy表示表示x和和y轴上横向应力的向量和，即轴上横向应力的向量

19、和，即64o另外预负荷应考虑到零件接头及其镀层另外预负荷应考虑到零件接头及其镀层(Fj)自然压缩的必要应力（自然压缩的必要应力（tz与与压缩材料机械件性能相关压缩材料机械件性能相关-见附录）见附录）o安装时最小预负荷安装时最小预负荷：o我们还可以在上面增加热应力相关的力我们还可以在上面增加热应力相关的力o所以，拧紧的检查实际上是对螺栓上张力的测量所以，拧紧的检查实际上是对螺栓上张力的测量652.8.1 测量方法o一：拧紧过程中的测量o 1、测量紧固力矩 对于不关键的紧固可以采用测量力矩的方式来间接得到张力。对于力矩，简单的可以使用扭力扳手，对于那些复杂的，则使用扭力测量仪 2、测量角度 对于角

20、度，可以使用带量角器的测量仪，在拧紧的过程中进行测量 现在使用的测量仪都可以同时监控力矩和角度的变化66o二：拧紧后的测量二：拧紧后的测量 1、测量残余力矩 由于拧紧力矩在拧紧过程中由于摩擦的原因会产生消耗，使产生张力的有效力矩减小，残余力矩产生的张力才是螺栓上的有效张力。残余力矩的测量有以下方法：（1）、脱开力矩法 （2）、标记法 67o2、直接测量螺栓上的张力 可以用超声波来测量螺栓上的张力。前提：可以用超声波来测量螺栓上的张力。前提：（1）、必须是平头并两端控制平行度的螺钉）、必须是平头并两端控制平行度的螺钉 （2）、这个方法不适用于凹头螺钉。螺钉须有一）、这个方法不适用于凹头螺钉。螺钉

21、须有一 个修整阶段用以保证各端的平行度个修整阶段用以保证各端的平行度 （3）、可以得到螺钉准确的结果，其中螺钉延伸）、可以得到螺钉准确的结果，其中螺钉延伸长度在足够延伸率下延伸，并且更加接近短螺钉的情况长度在足够延伸率下延伸，并且更加接近短螺钉的情况68小结四o一:拧紧的方式 1、力矩法 2、角度法 3、斜率法 二:拧紧的失效形式 三:拧紧的测量 1、拧紧过程中的测量 2、拧紧后的测量69附录:零件压缩o紧固总成变形导致零件自然压缩紧固总成变形导致零件自然压缩oe=紧固厚度，紧固厚度，d=标准直径标准直径70此此课课件下件下载载可自行可自行编辑编辑修改，修改，仅仅供参考！供参考！感感谢谢您的支持，我您的支持，我们们努力做得更好！努力做得更好！谢谢谢谢