螺纹紧固件扭拉关系试验方法

0.08
White solid+PTFE
产品型号
扭力(Torque)稳定性
旋入扭力降低能力
制程管理方便性
透明 度
gleitmo 602
A++
gleitmo 603
A++
gleitmo 605
A+
gleitmo 615
A
gleitmo 627
A++
A--
A
A+
A-
A
Biblioteka Baidu
A+
A
A
A+
A+
A+
A
A++
A+
A
⑶、扭矩斜率法
扭矩斜率法是以Q-F曲线中的扭矩斜率值的变化作为 指标对初始预紧力进行控制的一种方法。该拧紧方法通常 把螺栓的屈服紧固轴力作为控制初始预紧力的目标值。该 拧紧方法一般在螺栓初始预紧力离散度要求较小并且可最 大限度地利用螺栓强度的情况下使用。但是由于该拧紧方 法对初始预紧力的控制与塑性区的转角法基本相同，所以 ，需要对螺栓的屈服点进行严格的控制。该拧紧方法与塑 性区的转角法相比，螺栓的塑性即反复使用等方面出现的 问题较少，有一定的优势，但是，紧固工具比较复杂，也 比较昂贵。
⑵、转角法
转角法就是在拧紧时将螺栓于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。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）。
标准中给出了扭矩法、转角法及扭矩斜率法 三种常用的典型拧紧方法
⑴、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。
0.1 0.062 0.003 0.118 0.1 0.04
3、控制摩擦系数的方法
有效实施轴要向力控制，必须扭矩控制与K 值控制双管齐下。
如果K值控制严格，一方面可以放宽对扭矩 控制精度的要求,节省装配工艺投资；一方面还可 以提高螺栓的轴向力，提高螺栓强度利用率和联 接可靠性。
控制K值，就必须好摩擦系数，影响摩擦系数 的原因很多。紧固件表面处理的种类、工艺和质 量、紧固件的尺寸公差和形位公差（比如螺栓有 严重的弯曲变形，螺栓六角头S面偏斜，螺栓的 六角头与螺栓杆部不同轴）问题、螺纹精度、装 配工具及装配方法（比如：螺栓装配时不能保证 涂油装配）等等。
皮膜形成型摩擦系数稳定剂
摩擦系数稳定剂
稀释剂 摩擦系数 标准偏差 变异系数
トルカ-CA-H
水溶性
0.17
メソトルカ-
水溶性
0.13
ネオトルカ-B-2
水溶性
0.09
LUBE-1000
水溶性
0.17
NOX-RUST（366-A） 有机溶剂
0.13
NOX-RUST（366-40） 有机溶剂
0.10
0.017 0.008 0.003 0.020 0.013 0.004
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。
螺栓摩擦系数和扭距的关系
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％
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。
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 观总摩擦系数在0.12至0.18之间（平均值 0.15，标准差小于0.01，变异系数小于 0.067）。 弱摩擦件（表面磷化）在0.06至0.09之 间（变异系数小于0.067）。
⑵大众汽车公司为稳定摩擦性能，要求螺纹紧
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
固件表面要求涂敷水散性合成聚合物滑动剂 干燥后产生一种蜡状润滑剂。
大众汽车螺纹紧固件扭矩系数实测结果
螺栓
平均值 标准差 变异系数
N905 248组合螺栓，M10，10.9级 0.151 0.003
0.0199
N905 068六角螺栓，M10，10.9级 0.151 0.008
0.0530
⑶ 日本明道株式会社与日本油脂株式会社联 合开发出水基摩擦系数稳定剂，广泛应用于丰田 汽车公司的螺纹紧固件。
二、螺纹紧固件预紧原理
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：
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。
扭矩率控制法原理是当螺栓变形处于弹性变形阶段时 ，其扭矩率基本保持不变，当螺栓发生塑性变形后，其扭 矩率明显下降，当扭矩率下降到一定程度（螺栓屈服）时 ，停止拧紧。
螺纹紧固件扭拉关系试验方 法
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。
⑴
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。
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％
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
gleitmo 615 5.0-6.0
gleitmo 627 5.0-6.0
适应温度(乾膜) -40/+80度c -40/+80度c -40/+110度c -40/+110度c
-40/+110度c
摩擦系数 0.15 0.12 0.11 0.09
固态成份 White solid White solid White solid White solid
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
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
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。
4、摩擦性能试验机
国外研制此类设备主要公司： 德国Schatz, 德国Reck-Engineering, 美国RS-Technology, 法国Automatic;
三、螺纹紧固件拧紧方法
选择螺纹连接的拧紧方法，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。其中对初始预紧力离 散程度的要求，通常用紧固系数（Q）来表示，一 般也称之初始预紧力离散度。虽然拧紧工具以及 精度的不同，所对应的初始预紧力离散度也是不 同的，但是，由于拧紧方法的不同，在拧紧时对 应的初始预紧力离散度更是不同的，因此，紧固 系数是选择螺纹拧紧方法的一个重要条件。
德国福斯润滑集团(FUCHS LUBRITECH GMBH)生产的“可力特摩” 紧固件专用透明干膜 润滑剂（水腊）
作用： 降低拧入力矩；稳定和降低摩擦系数
；预置扭距；增大预紧力；保护防护层，减少磨 损。
产品型号
PH值
gleitmo 602 8.5-9.5
gleitmo 603 8.5-9.5
gleitmo 605 8.5-9.5
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。
扭距法和转角法的区别
扭矩转角法的拧紧原理与常用的扭矩法有着本质的区 别。扭矩法仅适用于弹性范围，弹性范围内的轴向力与拧 紧扭矩成正比。当超出弹性范围以后，扭矩与轴向力之间 不再有正比关系，若继续扭矩控制拧紧，则可能在扭矩不 增加甚至降低的情况下将螺栓拧断。而扭矩转角法的实质 是控制螺栓的轴向伸长量。在螺栓贴合后的整个拧紧过程 中（包括弹性变形和塑性变形阶段），螺栓伸长量始终与 螺栓头的转角成正比（每增加1°转角则螺栓伸长约1/360 个螺距）。在弹性范围内螺栓轴向力与伸长量成正比，控 制伸长量就是控制轴向力；螺栓开始塑性变形后，虽然伸 长量与轴向力之间不再有正比关系，但根据螺栓在受力时 的力学性能特点可知，只要伸长量在其形变强化容量范围 以内，螺栓的轴向力就稳定在其屈服载荷附近（螺栓不会 发生断裂或局部伸长）。即使在K值较为分散的情况下， 扭矩转角法也能精确地将螺栓的轴向力控制其屈服点附近 ，扭矩转角法拧紧的螺栓的轴向预紧力主要取决于螺栓强 度，而不取决于K值。
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。
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