螺栓紧固基础知识讲解（螺栓紧固基础知识）

1. 为什么螺纹连接使用得最普遍

把两个零件或部件相互固定起来的方法有很多种方法，如粘结、铆接、焊接等。

但是，到目前为止，最常用的连接方法是使用螺栓配合螺母将连接部件夹紧，或者直接将螺栓旋转到其中一个部件的螺纹孔中实现部件夹紧。使用螺栓紧固方法的优点是设计和组装简单，易于拆卸，生产率高以及最终实现节省成本。

2. 螺纹连接件

完成紧固后的螺栓会承受拉伸载荷，扭转载荷，有时还会承受剪切载荷。

当把螺钉拧紧至设计要求的扭矩时，螺栓中的应力称为预紧力。

拉伸载荷对应于将螺栓接头连接的工件夹紧在一起的力，称为夹紧力。小于夹紧力的外部载荷不会改变螺栓中的拉伸载荷。然而，如果连接件承受的外部载荷比螺栓中的预紧力高，则连接件会分开，并且会导致螺栓中的拉伸力增加，如果过大，螺栓会断裂。

螺栓中的扭矩是由螺栓螺纹与螺母螺纹之间的摩擦引起的。

当外力垂直于夹紧力，且被夹紧的两个工件相对于彼此有滑动时，这时螺栓就要承受剪切载荷。在设计合理的螺栓连接中，外部剪切力应受到连接中两个工件之间的摩擦抵抗。如果夹紧力产生的摩擦力不能够完全抵抗住外部的这种力时，则螺栓就会承受剪切力。螺栓连接通常设计为能够承受拉伸力和剪切力的组合。

螺栓由螺栓杆和螺栓头组成。螺栓杆可以是半螺纹，螺纹占其长度的一部分，也可以是全螺纹，螺纹从螺栓头底部到螺杆尾部。较长的螺栓通常设计为半螺纹，螺纹部分用于拧紧。没有必要使螺纹的长度超过紧固接头所需的长度，因为这只会使螺栓价格高并降低拉伸强度。

螺纹的尺寸，螺纹的形状和螺距，也就是连续螺纹之间的距离，已经标准化。实际上，当今工业上仅使用两种不同的标准，英制螺纹UN和公制螺纹M。

3. 夹紧力

通常，希望螺栓是螺栓连接中的最薄弱的部分。尺寸过大的螺栓使产品既重又不必要地价格高。由于标准螺栓通常比较便宜，因此最好将螺栓作为第一个折断的零件。

此外，在大多数情况下，螺栓的尺寸对于连接的质量是重要的。但决定性的因素是夹紧力，即是否能够承受这个连接的所有载荷，以及这个连接是否能够保持足够的旋转力以防止在承受脉冲载荷时发生松动。

对于大批量生产的产线，在正常生产情况下测量夹紧力比较麻烦，因此，为保证紧固质量，通常用测量扭矩的方法代替测量夹紧力。

由于夹紧力为螺栓的转动角度和螺纹螺距的线性函数，因此在螺栓被拉长的弹性范围内，夹紧力和拧紧扭矩之间存在直接关系。然而，只有大约10％施加的扭矩传递给夹紧力。剩余的扭矩被螺栓的摩擦消耗–螺纹之间摩擦消耗的扭矩大约为40％，螺栓头下方和工件之间的摩擦消耗的扭矩大约为50％。

4. 摩擦的影响

如果对螺栓增加润滑，则螺栓螺纹和头部下方的摩擦会减小，并且拧紧扭矩和夹紧力之间的关系也会发生变化。 如果施加与润滑前相同的扭矩，则更多的扭矩将被转化为夹紧力。如果转化的夹紧力过大，可能导致螺栓中的拉伸力超过拉伸强度并破坏螺栓。 另一方面，如果螺栓被完全清除了润滑剂，则夹紧力可能会变得太小而无法达到设计接头所需的力，从而有工件松动的风险。

5. 螺栓分类

拧紧螺栓并开始产生夹紧力时，螺栓就会受到拉力。很快，螺纹下沉，螺栓将按力的大小成比例地被拉伸。原则上，这种拉长将持续到螺栓中的应力等于螺栓断裂时的拉伸强度，也就是到螺栓拉断为止。在一定的拉长范围内，螺栓的拉长量与拉伸力成正比，且在去除负载时螺栓能够恢复回原始长度，这个范围就是这个螺栓的弹性区域。

整个拉伸过程中有一个拉伸应力点，称为屈服点。当拉伸应力超过屈服点，螺杆中的材料会发生塑性变形。但是，这时螺栓不会立即断裂。如果继续增加扭矩，螺栓继续被拉长直至被拉断，但扭矩增加量却不大。产生的塑性变形将导致螺栓永久伸长，也会引起螺栓松动。为了达到非常精确的夹紧力要求，通常会在拧紧过程中要求目标值一定要在弹性区域内。超过屈服点，发生塑性变形会导致螺栓损坏。

根据ISO 898/1，拧紧扭矩单位为Nm，

螺栓的材料是标准化的，这个标准化就是指螺栓分别达到屈服点之前和断裂之前可以承受的拉应力的大小。所有螺栓均应根据这两个数据对螺栓进行等级标记，其中第一位数字是指最小拉伸强度，单位为100 N / mm2，第二位数字是指屈服点与最小拉伸强度之间的关系。例如：8.8级螺栓表示最小抗拉强度为800 N / mm2，屈服点为0.8 x 800 = 640 N / mm2的螺栓。

6. 连接类型

螺栓接头的不同不仅表现在尺寸的不同，而且类型也不同，类型不同表示接头特性的不同。从拧紧的观点来看，接头最重要的特性是“硬度”。这个“硬度”指的是“扭矩率”，它是从贴合面（即螺栓头下表面接触到工件表件且开始变紧的那一点）起到达给定螺栓尺寸和质量的目标扭矩和所需的拧紧角度的变化速度。

对于相同直径的螺栓，扭矩率可能会有很大的不同。用短螺栓夹紧材料是钢的部件，则仅需旋转螺栓较小的角度即可达到目标扭矩，这种接头称为“硬接头”。若使用相同螺纹的长螺栓的接头，同时需要压紧诸如橡胶垫圈或弹簧垫圈之类的软材料部件，拧紧该接头到达相同的扭矩就需要旋转更大的角度，甚至可能需要旋转几圈螺栓或螺母。这种类型的接头称为“软接头”。显然，在拧紧过程中，这两种不同类型的接头所显示的特性是不同的。

7. 扭矩和角度

如上所述，出于实际原因，拧紧扭矩是通常用于达到螺栓中预紧力的标准。可以动态测量所拧紧螺栓的扭矩，也可以在拧紧后用扭矩扳手检查扭矩来静态测量扭矩。

扭矩目标参数取决于接头的质量要求。如车轮、悬架中的螺栓接头大多属于汽车中的安全关键接头，不能被允许失效，因此有非常严格的公差要求。然而，用于固定工作台高度调节螺栓长度的螺母不是关键接头，可以不规定扭矩要求。

通过将紧固角度添加到测量参数中，可以达到更高的质量控制水平。在螺栓拉伸的弹性区域中，这可用于检查接头中的所有零件是否遗漏，例如：有没有缺少弹垫圈或平垫圈。

同样，可以通过测量拧紧角度来验证螺栓质量，角度的起始点为贴合面，结束点为拧紧完成。

在复杂的拧紧过程中，该角度还可以帮助定义屈服点，用于规范目标扭矩是否在螺栓的塑性区域内。