擰緊過程中,一部分扭矩要克服螺母與被連接件之間的摩擦力,一部分要克服螺紋間的摩擦力,一部分用來轉化為螺栓的預緊力。
圖1.螺栓擰緊
F0=螺栓預緊力
P=螺距
d2=外螺紋基本中徑
M=擰緊螺栓的扭矩
μk=螺母與被連接件間的摩擦係數
μg=螺母與螺栓螺紋處摩擦係數
DKm=螺母與被連接件接觸圓環的中心直徑
Mg=螺母與被連接件之間的摩擦扭矩
Mk=螺母與螺栓螺紋副間的扭矩(包含摩擦扭矩和轉化為夾緊力扭矩)
ψ=螺紋螺旋升角
2α為螺紋牙型角
先看看螺母與被連接件之間的摩擦扭矩Mg:
把螺紋沿直徑方向展開,如圖2,則螺紋螺旋角
圖2.螺紋螺旋角
作用於螺紋上的分析如圖3,圖中各個力是平衡的,
圖3.螺紋上受力分析
則水平方向的分力F1為:
F1=F0*tan(ρ’+ψ)(式3)
由於普通公制螺紋為三角型牙型
圖4.標準普通公制螺紋牙型角
Rn=螺母與螺栓螺紋接觸面間的正壓力
由於螺紋螺旋升角一般都很小,因此
F1=F0*tan(ρ’+ψ)可以簡化為:
F1=F0*tan(ρ’)+F0* tan(ψ)(式7)
代入式2和式6,式4可表達為
對於標準普通公制螺紋牙型角2α為60°
因此:
則擰緊扭矩M可表達為:
其中:
含μg的項為克服螺紋處摩擦的扭矩
含μk的項為克服螺母承壓面處摩擦的扭矩
其餘項為轉化為螺栓預緊力的扭矩
則:
以M30 10.9級螺栓連接組合為例看看在不同的摩擦係數下螺栓扭緊力矩是如何分配的。
摩擦係數均為0.1時
摩擦係數均為0.15時
真是不算不知道,一算嚇一跳啊,原來摩擦係數對螺栓的擰緊扭矩影響這麼大,如果摩擦係數達到0.15,甚至還不到10%的扭矩能轉化為螺栓預緊力。
不同規格的螺栓,扭矩的分配也會有差異哦,動手算一算吧
參考標準
ISO 4014
ISO 4032
ISO 7416
VDI 2230
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