螺纹紧固件扭拉关系试验方法课件
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螺纹紧固件扭－拉关系 试验方法
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1
在螺纹紧固件的使用中应用的较广泛的是螺栓 －螺母连接副的形式，应用的较多的是有预紧力的连 接方式，预紧力的连接可以提高螺栓连接的可靠性、 防松能力及螺栓的疲劳强度，并且能增强螺纹连接体 的紧密性和刚度。在螺纹紧固件的连接使用中，没有 预紧力或预紧力不够时，起不到真正的连接作用，一 般称之为欠拧；但过高的预紧力或者不可避免的超拧 也会导致螺纹连接的失败。众所周知，螺纹连接的可 靠性是由预紧力来设计和判断的，但是，除在实验室 可以测量外，在装配现场一般是不易直观的测量。螺 纹紧固件的预紧力则多是采用力矩或转角的手段来达 到的。因此，当设计确定了预紧力之后，安装时采用 何种控制方法？如何规定拧紧力矩的指标？则成为关 键重要问题，这就提出来了螺纹紧固件扭（矩）－拉 （力）关系的研究课题。
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9
螺栓摩擦系数和扭距的关系
R e ib u n g sza h l= 0 ,0 8
R e ib u n g sza h l= 0 ,1 4
夹紧力 螺纹摩擦扭矩 端面摩擦扭矩
摩擦系数 夹紧力
螺纹摩擦扭距 端面摩擦扭距
0.08 20％ 35％ 45％
0.14 12％ 39％ 49％
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6
TF 2 dp1c o s ssttg g dww 1 2F dpc o s sdptg dww
⑴
co s
式中：s为螺纹副摩擦系数；
w为端面摩擦系数；
dp为螺栓有效直径,粗牙螺纹，dp0.906d,细牙螺纹，dp0.928d；
dw为端面摩擦圆等效直径，dw=
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螺纹摩擦力 端面摩擦力
➢ 拧紧机自带一个测定总扭矩 的扭
矩传感器
➢ 在螺纹装配夹具内同时安装了
测定 螺纹扭矩 的传感器和 测定 夹紧力 的力值传感器
➢ 端面摩擦扭矩=总扭矩-螺纹扭矩
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12
1、摩擦性能试验要求：
⑴轴向力及拧紧扭矩的测量精度均优于1%及2%； (2)以恒定拧紧转速将螺栓拧紧至屈服，并自动记录
百度文库
扭矩系数K是宏观上直接反映螺栓拧紧过程中的扭矩 与轴向夹紧力之间关系的经验系数，由（2）式给出。
T = K·d·F
（2）
式中：
T为拧紧扭矩（Nm）；
d为螺纹公称直径（mm）；
F为螺栓轴向夹紧力（kN）。
对比（1）、（2）式可知，扭矩系数是由摩擦系数和 螺纹形状共同决定的参数，是反映螺纹副摩擦性能的综合 经验参数，受螺纹联接方式、表面摩擦条件以及螺纹制造 质量的影响。
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3、摩擦性能试验
摩擦性能试验是按规定的转速向特定螺纹联接副的螺栓 头或螺母施加扭矩并记录该联接副的扭矩—轴向力曲线，从 而求出给定轴向力下的扭矩范围或给定扭矩下的轴向力范围， 计算出扭矩系数K和摩擦系数μ及其散差。通常应用于螺纹紧 固件的综合质量鉴定、表面处理、表面涂层质量评定以及确 定具体工况下装配工艺参数等。
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3
一、紧固件拉－扭关系系列国家标准
①、GB/T16823.1-1997《螺纹紧固件应力截面积和 承载面积》;
②、GB/T16823.2-1997《螺纹紧固件紧固通则》; ③、GB/T16823.3-1997《螺纹紧固件拧紧试验方法》 它们是等同采用JIS B 1082-1987、JIS B 1083-1990
和JIS B 1084-1990三个标准
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4
二、螺纹紧固件预紧原理
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1、螺栓拧紧过程中的摩擦与扭矩消耗
螺栓的拧紧过程是一个克服摩擦的过程，在这一过 程中存在螺纹副的摩擦及端面摩擦。通常情况下， 装配扭矩的约90%都由于螺纹副摩擦及端面摩擦消 耗掉了，只有约10%转化为螺栓轴向夹紧力。理论 上，螺栓拧紧过程中拧紧扭矩T、螺栓轴向力F与摩 擦系数及螺纹形状之间有（1）式关系：
2 3
d
3 u
d
2 u
d
3 i
d
2 i
1.3d；
du、di分别为摩擦圆的外径及内径；
d为螺纹公称直径；
为螺纹升角,粗牙螺纹 250，细牙螺纹 210
为垂直截面内的螺纹牙形半角，约为2958
⑴式的右侧第1、2、3项可分别理解为螺纹副摩擦消耗的扭矩、螺栓伸长（产生轴向
预紧力）消耗的扭矩以及端面摩擦消耗的扭矩。
扭矩及轴向力曲线； (3)每件试件要配一套未曾使用过的配用螺纹件及垫
片； (4)试验过程中，只有试验件旋转，配用螺纹件及垫
片等应固定不动；拧紧套筒不能接触垫片等其它 可能导致扭矩消耗的物件； (5)试验时应严格按试验要求控制润滑条件； (6)试验件数的多少根据试验目的而不同，对于工艺 试验及货源鉴定试验，为便于统计分析，一般要 求试验件数在25件左右。
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7
某螺栓拧紧过程中的扭距消耗
自锁扭距 端面摩擦 螺纹摩擦 螺栓伸长
普通螺母 0
57％
30％
13％
锁紧螺母 19％
46％
24％
11％
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8
2、摩擦系数与扭矩系数
摩擦系数μ是通常意义上的物理概念，是摩擦力和正 压力的比值。在螺纹联接中，摩擦可分为螺纹副摩擦和端 面摩擦两部分，这两部分摩擦条件往往不尽相同，因而存 在螺纹副摩擦系数μs和端面摩擦系数μw。
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2
螺纹紧固件扭－拉关系，不仅涉及到扭矩系数、 摩擦系数（含螺纹摩擦系数和支撑面摩擦系数）、屈服 紧固轴力、屈服紧固扭矩和极限紧固轴力等以一系列螺 纹连接副的紧固特性的测试及计算方法，还涉及到螺纹 紧固件的应力截面积和承载面积的计算方法等基础的术 语、符号的规定。并且也还必须给出螺纹紧固件紧固的 基本规则、主要关系式以及典型的拧紧方法。目前， 2001年12月6日国际标准化组织提出了ISO16047： 2001“紧固件摩擦系数试”标准德初稿，德国工程师协 会早在七十年代就发表了DVI2230《高强度螺栓连接的 系统计算》技术准则。美国汽车工程师协会制订了SAE J174 《钢制螺纹紧固件扭-拉试验方法》标准，日本也 于1987和1990年发布了三项国家标准。国外工业发达 国家的很多企业也制订了类似的企业标准。我国于 1997年发布了紧固件拉－扭关系系列国家标准。
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2、摩擦性能要求：
⑴法国PSA集团螺纹紧固件都提出了摩擦性能要求。 普通摩擦件（表面镀锌强化钝化）的表观总摩
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在螺纹紧固件的使用中应用的较广泛的是螺栓 －螺母连接副的形式，应用的较多的是有预紧力的连 接方式，预紧力的连接可以提高螺栓连接的可靠性、 防松能力及螺栓的疲劳强度，并且能增强螺纹连接体 的紧密性和刚度。在螺纹紧固件的连接使用中，没有 预紧力或预紧力不够时，起不到真正的连接作用，一 般称之为欠拧；但过高的预紧力或者不可避免的超拧 也会导致螺纹连接的失败。众所周知，螺纹连接的可 靠性是由预紧力来设计和判断的，但是，除在实验室 可以测量外，在装配现场一般是不易直观的测量。螺 纹紧固件的预紧力则多是采用力矩或转角的手段来达 到的。因此，当设计确定了预紧力之后，安装时采用 何种控制方法？如何规定拧紧力矩的指标？则成为关 键重要问题，这就提出来了螺纹紧固件扭（矩）－拉 （力）关系的研究课题。
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螺栓摩擦系数和扭距的关系
R e ib u n g sza h l= 0 ,0 8
R e ib u n g sza h l= 0 ,1 4
夹紧力 螺纹摩擦扭矩 端面摩擦扭矩
摩擦系数 夹紧力
螺纹摩擦扭距 端面摩擦扭距
0.08 20％ 35％ 45％
0.14 12％ 39％ 49％
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式中：s为螺纹副摩擦系数；
w为端面摩擦系数；
dp为螺栓有效直径,粗牙螺纹，dp0.906d,细牙螺纹，dp0.928d；
dw为端面摩擦圆等效直径，dw=
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螺纹摩擦力 端面摩擦力
➢ 拧紧机自带一个测定总扭矩 的扭
矩传感器
➢ 在螺纹装配夹具内同时安装了
测定 螺纹扭矩 的传感器和 测定 夹紧力 的力值传感器
➢ 端面摩擦扭矩=总扭矩-螺纹扭矩
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1、摩擦性能试验要求：
⑴轴向力及拧紧扭矩的测量精度均优于1%及2%； (2)以恒定拧紧转速将螺栓拧紧至屈服，并自动记录
百度文库
扭矩系数K是宏观上直接反映螺栓拧紧过程中的扭矩 与轴向夹紧力之间关系的经验系数，由（2）式给出。
T = K·d·F
（2）
式中：
T为拧紧扭矩（Nm）；
d为螺纹公称直径（mm）；
F为螺栓轴向夹紧力（kN）。
对比（1）、（2）式可知，扭矩系数是由摩擦系数和 螺纹形状共同决定的参数，是反映螺纹副摩擦性能的综合 经验参数，受螺纹联接方式、表面摩擦条件以及螺纹制造 质量的影响。
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3、摩擦性能试验
摩擦性能试验是按规定的转速向特定螺纹联接副的螺栓 头或螺母施加扭矩并记录该联接副的扭矩—轴向力曲线，从 而求出给定轴向力下的扭矩范围或给定扭矩下的轴向力范围， 计算出扭矩系数K和摩擦系数μ及其散差。通常应用于螺纹紧 固件的综合质量鉴定、表面处理、表面涂层质量评定以及确 定具体工况下装配工艺参数等。
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一、紧固件拉－扭关系系列国家标准
①、GB/T16823.1-1997《螺纹紧固件应力截面积和 承载面积》;
②、GB/T16823.2-1997《螺纹紧固件紧固通则》; ③、GB/T16823.3-1997《螺纹紧固件拧紧试验方法》 它们是等同采用JIS B 1082-1987、JIS B 1083-1990
和JIS B 1084-1990三个标准
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二、螺纹紧固件预紧原理
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1、螺栓拧紧过程中的摩擦与扭矩消耗
螺栓的拧紧过程是一个克服摩擦的过程，在这一过 程中存在螺纹副的摩擦及端面摩擦。通常情况下， 装配扭矩的约90%都由于螺纹副摩擦及端面摩擦消 耗掉了，只有约10%转化为螺栓轴向夹紧力。理论 上，螺栓拧紧过程中拧紧扭矩T、螺栓轴向力F与摩 擦系数及螺纹形状之间有（1）式关系：
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d
3 u
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2 u
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1.3d；
du、di分别为摩擦圆的外径及内径；
d为螺纹公称直径；
为螺纹升角,粗牙螺纹 250，细牙螺纹 210
为垂直截面内的螺纹牙形半角，约为2958
⑴式的右侧第1、2、3项可分别理解为螺纹副摩擦消耗的扭矩、螺栓伸长（产生轴向
预紧力）消耗的扭矩以及端面摩擦消耗的扭矩。
扭矩及轴向力曲线； (3)每件试件要配一套未曾使用过的配用螺纹件及垫
片； (4)试验过程中，只有试验件旋转，配用螺纹件及垫
片等应固定不动；拧紧套筒不能接触垫片等其它 可能导致扭矩消耗的物件； (5)试验时应严格按试验要求控制润滑条件； (6)试验件数的多少根据试验目的而不同，对于工艺 试验及货源鉴定试验，为便于统计分析，一般要 求试验件数在25件左右。
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某螺栓拧紧过程中的扭距消耗
自锁扭距 端面摩擦 螺纹摩擦 螺栓伸长
普通螺母 0
57％
30％
13％
锁紧螺母 19％
46％
24％
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2、摩擦系数与扭矩系数
摩擦系数μ是通常意义上的物理概念，是摩擦力和正 压力的比值。在螺纹联接中，摩擦可分为螺纹副摩擦和端 面摩擦两部分，这两部分摩擦条件往往不尽相同，因而存 在螺纹副摩擦系数μs和端面摩擦系数μw。
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螺纹紧固件扭－拉关系，不仅涉及到扭矩系数、 摩擦系数（含螺纹摩擦系数和支撑面摩擦系数）、屈服 紧固轴力、屈服紧固扭矩和极限紧固轴力等以一系列螺 纹连接副的紧固特性的测试及计算方法，还涉及到螺纹 紧固件的应力截面积和承载面积的计算方法等基础的术 语、符号的规定。并且也还必须给出螺纹紧固件紧固的 基本规则、主要关系式以及典型的拧紧方法。目前， 2001年12月6日国际标准化组织提出了ISO16047： 2001“紧固件摩擦系数试”标准德初稿，德国工程师协 会早在七十年代就发表了DVI2230《高强度螺栓连接的 系统计算》技术准则。美国汽车工程师协会制订了SAE J174 《钢制螺纹紧固件扭-拉试验方法》标准，日本也 于1987和1990年发布了三项国家标准。国外工业发达 国家的很多企业也制订了类似的企业标准。我国于 1997年发布了紧固件拉－扭关系系列国家标准。
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2、摩擦性能要求：
⑴法国PSA集团螺纹紧固件都提出了摩擦性能要求。 普通摩擦件（表面镀锌强化钝化）的表观总摩