紧固小百科丨螺栓的内倾角影响及快速测量方法

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螺栓的内倾角影响及快速测量方法

      一般将螺栓轴向与支撑面之间形成的角度称为支撑面角度，螺栓支撑面与螺栓轴线垂直面之间的角度叫螺栓的内倾角或外倾角。

      在螺栓冷镦时候，如果冷镦模具与支撑面角度对应的位置角度是直角，那么由于螺栓冷镦后材料回弹的影响，螺栓的支撑面角度会总是为钝角。

      所以，支撑面角度即使模具为直角，实际螺栓成品出来后都不会是标准的90°角度。

       如果支撑面角度是钝角，在拧紧时候支撑面的内圈与被连接件接触。在拧紧过程中由于螺栓轴力的施加，内圈的表面压力逐渐增大，这对于支撑面表面压力而言不是一个理想的趋势，容易造成接触面内圈压力超过材料的屈服产生塑性变形和压溃。

       当内圈发生接触时候，旋转的阻力矩将随着支撑面内圈接触而造成摩擦半径变小，这样对防止螺栓的旋转松动是不利的。因为支撑面内圈接触，螺栓头部变形就减小，螺栓的刚度增大，从而会增大螺栓连接的内力系数和松弛系数，这种变化对于螺栓的疲劳和非旋转松动都是不利的。因此，从以上这些方面来说，螺栓的支撑面角度是钝角是不愿意看到的。所以，相关标准一般都是要求螺栓的倾角为锐角。

      螺栓不管是采用内倾角还是外倾角，该问题对拧紧扭矩等的影响在汽车行业已经开始大量研究，并在标准或螺栓开发时候都已经明确要求。例如GB/T 16674.1这个小系列法兰面螺栓的标准，要求内倾角为0.75°±0.5°。

      汽车行业中螺栓普遍采用法兰面螺栓连接，螺栓的内倾角在法兰面螺栓标准中都已经明确，紧固件供应商在制造时候需要严格满足要求，甚至一些主机厂会要求供应商尽量减小内倾角的角度，比标准要求更加严格，例如到0.25°-0.75°，也有要求0°-0.5°的。大大减小螺栓内倾角的控制范围，提高了内倾角的精度要求。

      我们看看高铁，工程机械，建筑桥梁和风电等行业比较常用的螺栓-螺母-垫圈连接副，螺栓一般常用类似GB/T 5782标准的六角头螺栓或其他标准的六角头螺栓，尺寸和形位公差要求都与GB/T 5782标准类似。

      按照GB/T 5782的标准，标准中对螺栓的内倾角没有特别的要求和说明。既然标准没有要求，供应商可能也就不会对这个点进行特别的关注。接下来我们就分析这个内倾角对螺栓连接的影响。

      一般情况下六角头螺栓压痕见下图，对内倾角没有要求时候也常常会是按照内倾制造的。这样螺栓连接后就是外圈接触，如果不控制这个角度就会出现很细的线接触，从而也会影响防松和压溃性能。

      下面这个图是内倾角为0.25°和1°时候的接触压痕，从这个压痕也能看出内倾角为0.25°时候接触面接近整个平面完全接触。而内倾角为1°时候的接触压痕仅仅为外圈接触，接触面很窄。压痕的实际等效直径分析发现在内倾角为0.25°时候，等效接触面摩擦直径为16.8±1.3mm；内倾角为1°时候等效接触面摩擦直径为18.3±1.2mm。同样拧紧扭矩条件下，不同的摩擦半径对应的预紧力就会有差别。

       关于不同等效支撑面条件下，同样拧紧扭矩条件下预紧力的差别可以通过screw designer professional软件进行计算。软件中输入螺栓螺纹规格，机械性能等级，支撑面外径（最大，最小），螺栓孔直径，支撑面倒角直径（最大，最小），输入最大，最小拧紧扭矩65Nm-55Nm，当支撑面为全支撑面时候（接近倾角为0°时候），等效支撑面直径为15.55mm时候，螺栓拧紧扭矩65Nm-55Nm时候预紧力范围为27.0-45.9kN；而当支撑面为外圈接触（螺栓倾角为较大倾角1°内倾角）时候预紧力范围为25.1-42.8kN。因此，不同的支撑面倾角会影响螺栓的预紧力。

       从以上分析可以看出，螺栓的内倾角会影响螺栓的预紧力，螺栓的松动等，所以，汽车行业外的其他行业也应引起重视。

       目前，为了满足这种测量螺栓内倾角日益增长的趋势需求，兹懋公司提供了一种快速测量螺栓内倾角的光学测量设备，内倾角测量精度为±0.01°，该精度能够完全满足内倾角的高精度测量要求。该设备的具体见下面描述和视频，如需进一步了解该设备信息，请联系兹懋小编或留言深入沟通交流。