不过屈服扭矩转角法比扭矩法拧紧轴力散差可以降低多大？- 大数跨境

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不过屈服扭矩转角法比扭矩法拧紧轴力散差可以降低多大？

兹懋Zmart

2021-11-11

导读：扭矩转角法预紧力散差会更小，你知道为什么吗？

扭矩法和转角法拧紧特点

选择螺栓连接的拧紧方法，应该在充分了解各种拧紧方法特性的基础上，按照设计对初始预紧力离散程度的要求、预紧力的大小使用条件等因素来合理选择拧紧方法。

(1). 扭矩法

扭矩法就是利用扭矩与预紧力的线性关系在弹性区进行紧固控制的一种方法。该方法在拧紧时，只对一个确定的紧固扭矩进行控制，因此，因为该方法操作简便，是一种一般常规的拧紧方法。但是，由于紧固扭矩的90％左右作用于螺纹摩擦和支承面摩擦的消耗，真正作用在轴向预紧力方面仅10％左右，初始预紧力的离散度是随着拧紧过程中摩擦等因素的控制程度而变化的，因而该拧紧方法的离散度较大，适合一般零件的紧固，不适合重要的、关键的零件的连接。

(2). 转角法

转角法就是在拧紧时将螺栓与螺母相对转动一个角度，称之为紧固转角，把一个确定的紧固转角作为指标来对初始预紧力进行控制的一种方法。该拧紧方法可在弹性区和塑性区使用。Q-F曲线斜率急剧变化时，随着紧固转角的设定误差，预紧力的离散度也会变大。因此，在被连接件和螺栓的刚性较高的场合，对弹性区的紧固是不利的；对塑性区的紧固时，初始预紧力的离散度主要取决于螺栓的屈服点，而转角误差对其影响不大，故该紧固方法具有可最大限度地利用螺栓强度的优点（即可获得较高的预紧力）。

应该注意的是该拧紧方法在塑性区拧紧时会使螺栓的杆部以及螺纹杆部发生塑性变形，因此，对螺栓塑性差的以及螺栓反复使用的场合应考虑其适用性。另外，对预紧力过大，会造成被连接件受损的情况时，则必须对螺栓的屈服点及抗拉强度的上限值进行规定

扭矩法拧紧预紧力散差影响

扭矩法拧紧扭矩与轴力的计算关系如以下公式，主要影响参数为，螺栓支撑面摩擦系数和螺纹摩擦系数以及支撑面等效摩擦半径（支撑面外径和螺栓孔直径），螺纹螺距，螺纹中径等尺寸。扭矩法拧紧预紧力散差主要受到支撑面摩擦系数和螺纹摩擦系数的影响。

扭矩法拧紧时，假设摩擦系数在整个拧紧过程中保持一致，如下图。从图中可以看出拧紧扭矩条件下，预紧力的偏差（最大预紧力减去最小预紧力）随着拧紧扭矩的增大而增加。

转角法拧紧预紧力散差影响

扭矩转角法拧紧，螺栓的预紧力仅仅与拧紧角度，螺纹螺距，螺栓的柔度和被连接件的柔度有关，相对来说螺纹螺距的影响与扭矩法拧紧一致，螺栓柔度和被连接件的柔度基本能够保持一致。具体扭矩角度拧紧轴力和角度的公式如下：

由于扭矩转角法拧紧时候，螺栓的预紧力仅仅与螺栓和被连接件柔度，螺栓螺纹螺距，转角角度相关，零件确定后，可以认为螺栓和被连接件柔度，螺栓螺纹螺距保持不变，如果转角角度相同，则不管摩擦系数大小，增加的预紧力可以认为是一致的。

从上面分析可以看出，扭矩转角法拧紧能够采用更小的初始拧紧扭矩，就能够达到减小初始的预紧力偏差目的，而转角部分增加的预紧力与摩擦系数无关，可以认为转角部分增加的预紧力，即使一批螺栓存在摩擦系数不同的情况下，拧紧过转角部分的预紧力增加量也都是相同的。

从而从这一点上就可以认为，采用较低的初始拧紧扭矩就可以减小扭矩转角法最终拧紧时预紧力的散差。

如本来采用扭矩法拧紧的螺栓，要求采用扭矩转角法拧紧，预紧力散差减小一定的百分比，如30%。

根据上面分析只要初始拧紧扭矩减小30%，最终扭矩转角拧紧完以后的预紧力偏差就可以减小30%。

同时，考虑在转角时也会因为螺栓和被连接件柔度，螺栓螺纹螺距，甚至转角角度也可能会存在一定的偏差，故应保证初始预紧力降低50%，这样最终拧紧后预紧力的散差就基本可以达到降低30%的要求。但贴合扭矩必须通过试验验证初始扭矩时候整个螺栓连接已经达到贴合点以上。

从分析来看，最终预紧力散差能够降低，预紧力散差主要与摩擦系数相关，也就是主要与初始扭矩引起的预紧力变化相关，扭矩转角法最终的拧紧扭矩散差会比较大，但是预紧力散差会相关更小一些。以上就是理论分析结果，需要再经过试验进行验证，确定最终的扭矩转角法拧紧工艺，并达到预紧力散差降低30%的目的。

（Screw Designer Professional）软件

通过SD PRO软件可以计算出扭矩转角法的扭矩和角度，在试制阶段就可以按照设计要求进行拧紧，最终样件制造加工出来后，可以再通过试验进行验证。减少试验样本量，并能够保证在试制阶段，样件还没有完全量产，或模具还可能存在修形的情况下，就可以按照设计要求进行装配。

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按照大众标准，M12x1.5 的螺栓孔尺寸为13.5mm，六角头螺栓ISO 4017标准支撑面直径16.63mm，大众摩擦系数范围为0.10-0.16（以大众1999年标准为例，新标准摩擦系数范围已经改成了0.09-0.15，且螺栓利用率是按照100%来进行计算的），拧紧扭矩和预紧力计算结果与大众标准一致（大众标准采用了圆整的方法）。

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作为德国领先紧固技术在中国的代言人，旨在通过引进最先进的紧固技术助推中国先进制造业的发展。兹懋是来自德国的Kistler Remscheid (原Schatz)、ECM Datensysteme、AFS先进连接技术研究所驻中国的全权代表机构。提供源自德国的螺纹紧固连接检测、校准、分析的仪器设备，以及紧固连接全寿命周期的解决方案，并定期举办专业的紧固培训研讨会，深受业内好评。

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