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拧螺栓@@@@ VS 拧螺母@@@@

在汽车装配方面@@,螺纹紧固方式较为@@常用的有扭矩法@@、扭矩加转角法和屈服点@@法@@,共@@ 3 类@@。

其中@@,扭矩加转角法因其可降低因螺纹摩擦系数波动对转角拧紧所产生的预紧力的影响@@,设计预紧力可取到螺栓@@屈服强度的@@80%以上@@,甚至可以利用到螺栓@@屈服强度以上@@@@,已在越来越多的汽车底盘关键部位得到应用@@。

常规紧固件旋转方式@@,都以螺母@@为@@主要拧紧对象@@,固定螺栓@@头@@。但某些特殊的紧固部位@@,受空间所限@@,拧紧设备@@无法伸入@@,只能通过夹持螺母@@旋转螺栓@@达到紧固@@。

那么@@,拧螺栓@@@@和拧螺母@@@@在应力状态上是不是也会有差异@@,认为@@拧螺栓@@@@可能会应力更大@@,实际情况又是怎样的呢@@?而且从航空紧固件拧紧手册中@@,也可以看出拧螺栓@@@@要比拧螺母@@@@高出@@约@@10%,具体什么原因呢@@?

  一@@)问题说明@@

    对于焊接螺母@@@@、铆接螺母@@@@、焊接螺栓@@@@、铆接螺栓@@@@、内螺纹孔等类@@似的地方@@,大家不会纠结到底是拧螺栓@@@@还是拧螺母@@@@@@@@。

因为@@这种类@@似的地方只能拧一@@个零件@@:螺栓@@或者螺母@@@@(双头螺柱和螺母@@组合@@),另外一@@个零件都是已经固定好了@@,不能进行拧紧@@,只能拧紧螺栓@@这个零件@@,也就不存在拧螺栓@@@@和拧螺母@@@@的差异了@@,如图@@@@。

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像下面这个螺柱连接也就只能拧螺母@@@@@@。

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对于存在拧螺栓@@@@还是拧螺母@@@@@@争议的地方就是螺栓@@螺母@@连接@@,这种情况下既可以拧螺栓@@@@@@,也可以拧螺母@@@@@@,这样@@就会涉及到拧螺栓@@@@还是拧螺母@@@@@@的问题了@@,也就会涉及到拧螺栓@@@@还是拧螺母@@@@@@的差异问题@@。



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这样@@,就会产生到底是拧紧螺栓@@还是拧紧螺母@@@@,不同的拧紧方式会对结果产生影响@@。

 二@@)理论分析@@

  1、对于是拧螺栓@@@@还是拧螺母@@@@@@@@,通过查找相关@@标准分析@@,目前暂时没有哪个标准明确必须拧螺栓@@@@还是拧螺母@@@@@@@@。

也就是说@@,对于拧螺栓@@@@和拧螺母@@@@两种方式原则上都是可以的@@。当然@@常规来说@@,螺栓@@螺母@@的连接@@,一@@般都是拧螺母@@@@@@。

2、从受力方面来说@@,拧螺栓@@@@和拧螺母@@@@螺栓@@都会受到拉应力和螺纹扭矩施加的扭转剪切应力作用@@,所以@@,理论上来说@@,拧螺栓@@@@和拧螺母@@@@两者受力是一@@致的@@。

当然@@有人会说@@,拧螺栓@@@@的时候可能应力更大@@。拧螺栓@@@@还是拧螺母@@@@@@,都会受到螺栓@@预紧力产生的拉应力@@,还有螺纹扭矩产生的摩擦扭矩作用到螺栓@@上的扭转剪切应力@@。只要摩擦系数@@,支撑面直径相同@@,理论上应该综合应力是没有差异的@@。

实际上@@,发现可能存在比较大的差异@@,主要是应为@@螺栓@@@@,螺母@@的摩擦系数会存在差异@@,特别是螺栓@@头支撑面和螺母@@的支撑面可能存在差异@@。例如有些螺栓@@头是存在内倾角和螺母@@实际上@@内倾角的具体尺寸可能存在差异@@。

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3、从摩擦系数上来分析@@,螺栓@@和螺母@@的摩擦系数可能不一@@致@@,这样@@也就会造成拧螺栓@@@@还是拧螺母@@@@@@两者是有差别的@@。

4、螺栓@@的尺寸和螺母@@尺寸也可能有差别@@,如果大家设计时候@@不注意@@,例如同样选用法兰面螺栓@@@@和法兰面螺母@@@@,螺栓@@采用@@GB/T 16674.1标准的小系列六角法兰面螺栓@@@@@@,螺母@@采用@@GB/T 6177.1的法兰面螺栓@@@@@@,由于两者的支撑面直径是不一@@样的@@,所以@@,在拧紧时候两者等效摩擦直径就会存在差别@@。

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从这个方面来说@@,大家设计时候@@,尽量选择螺栓@@支撑面直径与螺母@@支撑面直径一@@致的螺栓@@螺母@@@@。 

5、螺栓@@穿入方便性考虑@@,.螺栓@@穿入时候在外侧穿入比较方便@@,如果从里侧穿入可能需要更大的空间@@,在外侧穿入里侧只需要留有螺母@@的厚度再加上一@@定的螺栓@@露头长度@@,再拧紧时候再考虑一@@定的防转工装的长度即可满足空间要求@@。

如果螺栓@@从里侧穿入@@,首先对准螺栓@@孔相对有一@@定的难度@@,空间也是需要相对更大一@@些@@。

6、螺栓@@拧紧方便性考虑@@,那一@@侧穿入拧紧更便于布置拧紧工具@@。

7、从拧紧套筒来考虑@@,螺栓@@拧紧时候@@,套筒可以选用很短的套筒即可@@。如果拧紧螺母@@@@,需要考虑螺栓@@的露头长度@@,同时@@,有些螺栓@@还有一@@定的导向功能@@,伸出长度会非常长@@,套筒需要选择更长的套筒@@,增加成本@@,甚至会降低套筒的刚度@@。

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当然@@,在防转工装设计中也会同样用到另一@@端的长套筒@@,所以@@,套筒的选取方面考虑@@,两者也基本相同@@。

8、拧螺栓@@@@时候@@,如果不对中@@,会存在拧紧螺栓@@时候螺栓@@杆部与螺栓@@孔存在摩擦@@,增加了摩擦扭矩@@,这样@@最终的输入扭矩也会增加@@。而拧螺母@@@@就基本不会存在这种影响@@。

9、航空工业中@@,拧螺栓@@@@要求的公称扭矩比拧螺母@@@@要高出@@约@@10%,这是什么原因呢@@?大家可以具体讨论分析@@。

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猜测难道是因为@@航空螺栓@@采用@@过盈配合@@,会由于这个原因导致@@,还是螺栓@@的支撑面直径比螺母@@要小@@?如果大家对这个问题比较清楚@@,欢迎联系螺丝君交流@@。


三@@)试验验证@@

选取符合质量要求的螺栓@@螺母@@组合@@,辅以切割开的被装配零件@@,在测试台上模拟实车状态进行螺母@@旋转拧紧测试@@,切割开被装配的零件是为@@保证拧紧设备@@有足够的空间旋转螺母@@@@。

按照扭矩转角法拧紧@@,拧紧扭矩要求为@@@@180Nm+90°。通过拧紧螺母@@最终获得工艺扭矩值约为@@@@310N×m,如图@@@@所示@@。

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由上图@@可得@@,螺栓@@屈服点@@@@a为@@517N×m;点@@b为@@初始拧紧扭矩@@,该初始拧紧扭矩为@@@@180 N×m;点@@c为@@完成按照装配要求从初始扭矩再旋转@@90°后的最终扭矩点@@@@@@,此时扭矩数值为@@@@305N×m。

将紧固件旋转方式改为@@螺栓@@旋转拧紧@@,获得扭矩转角如下图@@所示@@@@。

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图@@ 3 旋转螺栓@@获得的装配扭矩曲线图@@@@

由上图@@可知@@,扭矩点@@@@c¢对应的扭矩值已达@@406N×m,较旋转螺母@@方式的最终扭矩@@331N×m 高出@@75N×m,超出比例为@@@@22.6%。

通过这个扭矩转角法拧紧试验也可以看出拧紧螺栓@@和拧紧螺母@@最终的扭矩会存在较大差异@@。

通过实车批量装配@@,按照拧紧螺母@@进行装配@@,获得的扭矩上限样本如下图@@所示@@@@,其扭矩值范围为@@@@319~407N×m。

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对上图@@中扭矩上限超过@@400 N×m 的螺栓@@进行螺纹段金相分析@@,如下图@@所示@@,螺纹位置的金相组织未发现存在冷变形产生的塑性流变现象@@,说明螺纹位置不存在明显的塑性变形@@,该螺栓@@仍处于弹性变形阶段@@,与试验曲线相符@@。

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