在汽车装配方面,螺纹紧固方法有三种:扭矩法、扭矩加角法和屈服点法。
其中,扭矩加角度法可以减少螺纹摩擦系数波动引起的预紧力对转角拧紧的影响,设计预紧力可以达到螺栓屈服强度的80%以上,甚至可以用于螺栓的屈服强度,在汽车底盘的关键部件上得到了越来越多的应用。
在常规紧固件旋转方式中,螺母是固定螺栓头的主要紧固对象。 但是,一些特殊的紧固部位,受空间限制,拧紧设备无法伸入,只能通过夹紧螺母和旋转螺栓来拧紧。
今天,在相同的装配环境中,ScrewJun对拧紧螺母和拧紧螺栓所需的扭矩差进行了测试和比较研究,以确保相同的夹紧力。
通常,一般认为拧紧螺栓和拧紧螺母的应力状态是有区别的,拧紧螺栓的应力可能更大,但实际情况如何呢? 而且从航空紧固件拧紧手册中也可以看出,拧紧螺栓比拧紧螺母高10%左右,具体原因是什么?
1. 问题描述
对于焊接螺母、铆螺母、焊接螺栓、铆接螺栓、内螺纹孔等类似场所,您不会纠结于是拧紧螺栓还是螺母。
因为这个类似的地方只能拧上一个部位:螺栓或螺母(螺柱螺柱和螺母组合),另一部分已经固定好,不能拧紧,只能拧紧这部分的螺栓,拧紧螺栓和拧紧螺母没有区别,如图所示。
像下面的螺柱连接,你只能拧螺母。
对于关于是拧紧螺栓还是螺母的争议是螺栓螺母连接,在这种情况下,螺栓可以拧紧螺栓也可以拧螺母,这样就会涉及到拧螺栓或螺母的问题,也会涉及拧螺栓还是拧螺母的区别。
这样就变成了一个是拧紧螺栓还是螺母的问题,不同的拧紧方法都会对结果产生影响。
2、理论分析
至于是拧紧螺栓还是螺母,通过搜索相关标准分析,目前还没有明确说明螺栓还是螺母必须拧紧的标准。
这意味着螺栓和螺母拧紧方法原则上都是可行的。 当然,一般来说,螺栓和螺母是连接的,大家一般都拧螺母。
在受力方面,螺栓和螺母都会受到拉应力和螺纹扭矩施加的扭转剪切应力,所以理论上讲,螺栓和螺母上的力是一样的。
当然,有些人会说,拧紧螺栓时应力可能会更大。 无论是拧紧螺栓还是螺母,都会受到螺栓预紧力产生的拉应力的影响,以及螺纹扭矩产生的摩擦力矩对螺栓的扭转剪切应力的影响。 只要摩擦系数和支承面直径相同,理论上综合应力应该没有差异。
其实发现可能存在比较大的差异,主要是对于螺栓来说,螺母的摩擦系数会有所不同,尤其是螺栓头的支撑面和螺母的支撑面可能不同。 例如,有些螺栓头有外倾角,螺母实际上可能有外倾角,外倾角的确切尺寸可能存在差异。
从摩擦系数的分析来看,螺栓和螺母的摩擦系数可能不一致,这也会导致拧紧螺栓或拧紧螺母的差异。
螺栓的尺寸和螺母的尺寸也可能不同,如果不注意设计,例如相同的法兰螺栓和法兰螺母,螺栓是GBT 166741.标准小系列六角法兰端面螺栓,螺母采用GB T 61771、法兰螺栓的支撑面直径不一样,所以拧紧时两者的等效摩擦直径会有差异。
从这方面来看,在设计时,尽量选择螺栓支撑面直径与螺母支撑面直径相同的螺栓和螺母。
螺栓穿透便利性考虑,螺栓穿透时,从外面穿透更方便,如果从内穿透,可能需要更多的空间,只需要在外侧留出螺母的厚度和螺栓露头的长度,然后在拧紧时可以考虑防旋转工装的长度,以满足空间要求。
如果螺栓是从内部穿透的,首先对准螺栓孔是比较困难的,空间需要比较大。
考虑到螺栓拧紧的方便性,通过在那一侧穿线和拧紧来布置拧紧工具更方便。
从拧紧套筒的角度来看,当螺栓拧紧时,套筒可以选择很短的套筒。 如果拧紧螺母,就需要考虑螺栓的露头长度,同时,有些螺栓还具有一定的导向功能,延伸长度会很长,套筒需要选择更长的套筒,增加成本,甚至降低套筒的刚度。
当然,另一端的长套筒也会用到防旋转工装的设计中,所以套筒的选择基本是一样的。
拧紧螺栓时,如果不对准,螺栓拧紧时螺栓杆与螺栓孔之间会产生摩擦力,摩擦力矩会增加,因此最终输入扭矩也会增加。 拧紧螺母根本没有这种效果。
在航空航天工业中,拧紧螺栓所需的标称扭矩比拧紧螺母所需的标称扭矩高10%左右,这是什么原因呢? 您可以详细讨论分析。
猜猜是因为航空螺栓采用过盈配合,会不会是由于这个原因,还是螺栓支撑面的直径小于螺母的直径? 如果您清楚这个问题,欢迎联系螺丝进行沟通。
3. 测试验证
选择符合质量要求的螺栓螺母组合,辅以被切割的组装件,在试验台上进行螺母旋转和拧紧试验,模拟真实车辆状态,对组装好的零件进行切割,确保拧紧设备有足够的空间旋转螺母。
按扭矩角法拧紧,拧紧扭矩要求为180nm+90°。 拧紧螺母得到的最终工艺扭矩值约为310 Nm,如图所示。
从上图可以看出,螺栓的屈服点a为517Nm; B点为初始拧紧扭矩,为180 Nm; C点是最终扭矩根据装配要求从初始扭矩旋转90°后的最终扭矩点,扭矩值为305 Nm。
将紧固件旋转方式改为螺栓旋转拧紧,得到扭矩角如下图所示。
图3 旋转螺栓得到的装配扭矩曲线。
从上图可以看出,扭矩点c对应的扭矩值已经达到了406Nm,比旋转螺母最终扭矩331Nm高出75Nm,超额比为226%。
通过这种扭矩角法拧紧试验,也可以看出拧紧螺栓和拧紧螺母的最终扭矩相差较大。
实车批量装配、按紧固螺母装配得到的上扭矩试样如下图所示,其扭矩值范围为319 407 nm。
如下图所示,在螺纹位置的金相组织中未发现冷变形引起的塑性流变现象,说明螺纹位置无明显塑性变形,螺栓仍处于弹性变形阶段,与试验曲线一致。
四、螺丝手钧的经历
拧紧方法可以是拧紧螺栓或螺母,在拧紧过程中必须指定,否则,在拧紧螺栓或随意拧紧螺母的情况下,最终结果会大不相同。
在制定工艺时,螺栓被拧紧,螺栓在最终的批量生产中被拧紧。 在制定工艺时,螺母被拧紧,螺母被拧紧,以便最终批量生产。
最好确定是拧紧螺栓还是拧紧螺母设计,最终预紧力原则上能满足设计要求。
为什么航空螺栓连接中的紧固螺栓和螺母有区别? 如果有什么特别的,欢迎加入螺丝钧交流。
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