本篇文章將列出各類螺絲的擰緊力矩標準,當用戶未注明擰緊力矩要求時,我們所參考的參考的標準。
需要強調(diào)的是:擰緊力矩和破壞扭力是兩個概念,擰緊力(矩)是指螺絲擰入工件的建議值;破壞扭力(即破壞扭矩)指將螺絲擰斷的最小值(詳見緊固件的破壞扭矩標準GB3098.13),很顯然,擰緊力矩是少于破壞扭矩的。
這是普通螺栓擰緊力矩:
公制螺栓扭緊力矩 Q/STB 12.521.5-2000
范圍:本標準適用于機械性能10.9級,規(guī)格從M6-M39的螺栓的扭緊力矩,對于使用尼龍墊圈、密封墊圈、其它非金屬墊圈的螺栓,本標準不適用。
注:對于設(shè)計圖紙有明確力矩要求的,應(yīng)按圖紙要求執(zhí)行。
談螺栓預(yù)緊力的選用和螺栓強度校核
螺栓作為連接件,使用十分廣泛, 其在機車車輛、航太航空、風(fēng)電機組 上的使用環(huán)境大多是高強度高應(yīng)力, 而在乘用車主要部件的使用環(huán)境大多 是低應(yīng)力卨周期,但仍然存在著極大 的隱患。從安全角度來說,螺栓所聯(lián) 接的部件都是很昂貴的。所以,螺栓失 效時,損壞的不僅僅是它們本身,而是 整個產(chǎn)品。
螺栓連接作為汽車裝配上的重要 應(yīng)用,據(jù)有關(guān)資料介紹,根據(jù)發(fā)動機 上的螺紋緊固件通常在1500?2000 顆左右,品種更是高達100個以上,規(guī) 格也是從M6?M30不等,而其中大約 100顆是與車輛的安全性能有密切聯(lián) 系的。而做為在裝配過程中最重要的 螺栓規(guī)格及預(yù)緊力的選用,存在理論 上的不足和認識的誤區(qū)。
不論螺紋緊件作為連接或密封作用,還是需要裝配的子零件,都有一定的屈服極限。在裝配過程中,如果預(yù)緊力過大,使零件的變形量超過零件的屈服強度,零件就會損環(huán)。故裝配件要長時間穩(wěn)定有效工作,設(shè)計人員必 須對螺栓預(yù)緊力進行規(guī)范設(shè)計。
1.螺栓預(yù)緊力的選用
螺栓作為重要的連接件,在總成 件安裝時必須擰緊,在連接承受工作 載荷之前,預(yù)先受到力的作用,這個預(yù) 加的力就是預(yù)緊力;預(yù)緊的目得到是為了增強連接的可靠性和緊密性,防止總成安裝件在工作時候,受到力的作用,各連接件之間出現(xiàn)縫隙或相對滑移,所以在總成件的設(shè)計中,必須對 預(yù)緊力的大小進行規(guī)范設(shè)計。
1.1合理選用預(yù)緊力
在專業(yè)的螺栓緊固裝配中,一般都配有標準扳手,不同的直徑規(guī)格的螺栓使用 不同長度的扳手。扳手長度為螺栓直徑的15倍左右,在這個基礎(chǔ)上使用專業(yè)的力學(xué) 工具可以體現(xiàn)準確的擰緊力矩,達到量化的預(yù)緊力,對於一些關(guān)鍵件和重要件尤為 重要。一旦使用大規(guī)格長扳手擰緊小規(guī)格的螺栓,往往會造成拉過緊,破壞零件本 身使整個連接構(gòu)件失效。
在擰緊螺母時,兩個或者多個零件被壓緊,零件自身被壓縮,就像彈簧的壓縮 變形一樣,在螺母和螺栓與裝配件之間的接觸表面零件自身會產(chǎn)生很大的力,這個力會使得螺栓發(fā)生拉仲變形,經(jīng)計算該應(yīng)力是簡單的軸向拉力的1.3倍,螺栓產(chǎn)生 的拉應(yīng)力超過材料的強度極限時,螺栓就被拉斷了。僅僅按操作者的經(jīng)驗進行螺 栓的緊固,對於批量生產(chǎn)的產(chǎn)品是非常不科學(xué)的。對於長扳手擰緊小螺栓時,更應(yīng) 該注意預(yù)緊力的大小,避免發(fā)生過度預(yù)緊的現(xiàn)象。
使用標準扳手時,施加力大小可參照表1。
表1常用規(guī)格螺栓扳手長度及施加力參考值
1.2常用規(guī)格螺栓的扭矩值
表2列出部分常用規(guī)格螺栓不同性能等級所對應(yīng)的緊固扭矩值。
對於設(shè)計人員來說,該連接處的預(yù)緊力需要多大,才能既達到零件的工作要求,又不大於螺栓的安全應(yīng)力,這就需要計算出該處所需的應(yīng)力最小值,以此數(shù)值 來選用合適的螺栓緊固件。施加於螺栓緊固件上的預(yù)緊力,上限值取決於螺栓緊固 件的屈服強度,下限值取決於滿足工作需要所需提供的最小預(yù)緊力。
表2常用規(guī)格螺栓的緊固扭矩值
2.螺栓規(guī)格的合理選用
機車車輛、機械裝備、汽車的裝配是實現(xiàn)總成件,尤其是大型總成裝配件生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié),零部件之間的連接通常通過螺栓來實現(xiàn),特別是關(guān)鍵部位的螺栓, 其連接品質(zhì)決定著總成裝配件的可靠性。由於螺栓施加預(yù)緊力的數(shù)值影響了螺紋 的連接品質(zhì),在保證采用合適預(yù)緊力裝配的前提下,選用合適的螺栓規(guī)格,非常重 要。對於螺紋緊固件來說,它們的性能參數(shù)都是在一定的范圍內(nèi)變化的,所以基本 是有參考值的,因此計算出該緊固連接處的螺栓規(guī)格在性能上,是否達到工作強度要求,是設(shè)計人員必須考慮的。
3.強度計算
3.1手冊中的螺栓連接
現(xiàn)行的汽車行業(yè)螺栓強度分析基本都是基於(機械設(shè)計手冊)的理論計 算,由於安全系數(shù)要求有較高的強度馀 量,所選螺栓強度會遠遠高於所需強 度,進行計算時,首先是根據(jù)連接的類 型、裝配情況、載荷狀態(tài)等條件,確定螺栓的受力,然後按相應(yīng)的強度條件計算螺栓危險截面的直徑或校核其強度。
螺栓連接裝配時,其螺栓危險截面 的拉伸強度條件為:
其中F2為螺栓總拉力,F0為螺栓預(yù)緊力,其中
為螺栓相對 鋼度,取值為0.2?0.3。
3.2 VDI2230標準的螺栓連接的強度計算
VDI2230《高強度螺栓連接的系統(tǒng) 計算強度校核 》標準,在德國及其它國 家已獲得廣泛應(yīng)用,適用於高強度螺栓 的強度校核,使用該標準校核最大載荷 下的工作應(yīng)力。
VDI2230標準在用於校核螺栓強 度方面,更加注重螺栓本身的各段尺寸,并將預(yù)緊力引起的螺栓扭轉(zhuǎn)應(yīng)力,以及螺紋摩擦系數(shù)精細的考慮在內(nèi),相對於《機械設(shè)計手冊》粗放大的相對剛度系數(shù),該標準有效的降低了強度浪費。
4.結(jié)論
螺紋緊固件在機車車輛、航太航空、風(fēng)電機組和汽車上的運用是普遍的,但是對高強度螺栓重視程度遠遠不夠,近幾年頻繁發(fā)生由於螺栓斷裂引發(fā)的事故,可以看出螺栓雖小,但位置關(guān)鍵,各大公司,特別是國際品牌對高強度螺栓的選用設(shè)計也是非常嚴格的,但是也發(fā)生由於螺栓強度不足發(fā)生事故, 應(yīng)該引起我們對設(shè)計過程的關(guān)注。德國 VDI-2230《高強度螺栓連接的系統(tǒng)計算強度校核》標準,相對於《機械設(shè)計 手冊》的計算方式,更注重強度的有效 利用,計算中考慮了溫度、截面變化和 摩擦系數(shù)等細節(jié)方面,為螺栓的強度校 核提供了更加貼近事實的支援。
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