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擰緊扭矩,能超過破壞扭矩嗎?

2024-10-19科學

最近,很多小夥伴在後台問:螺栓的破壞扭矩和擰緊扭矩關系,螺栓擰緊扭矩怎麽能夠超過螺栓的破壞扭矩呢?這樣擰緊時,螺栓不就擰斷了嗎?

01 什麽是螺栓破壞扭矩?

螺栓破壞扭矩是指按照GB/T 3098.13標準進行的螺栓機械效能測試,這個標準適用於螺紋規格小於 M 3,在 GB/T 3098. 1標準中未規定最小拉力載荷和保證載荷的螺栓與螺釘,以及公稱直徑3~10 mm,但長度太短而不能實施拉力試驗的螺栓與螺釘,可以按照GB/T 3098.13標準的方法進行螺栓破壞扭矩測試。

試驗時,螺栓或螺釘應只承受扭力,其值超過GB/T 3098.13標準中表 2 的規定。在達到最小破壞扭矩之前,試件不得斷裂。試驗時,螺栓或螺釘頭部和螺紋部份不應有摩擦而影響試驗結果。

GB/T 3098. 1規定了螺栓和螺釘的效能等級,但僅給出了 M3 及其以上規格的最小斷裂載荷和保證載荷。在螺栓和螺釘規格較小的情況下,因受螺紋精度和試驗裝置精度的影響,準確的判定斷裂載荷和保證載荷是不可能的。規格大於 M3 到 M10 的螺栓和螺釘,經常由於長度太短而不能實施拉力(或保證載荷〉試驗。 因此,對 M1~M10(也包括細牙螺紋 M8X1,M10X1 和M10X1.25的螺栓和螺釘規定最小破壞扭矩,為評定其使用效能提供了依據。

實際測試中,一般采用一定的方式把螺栓螺紋卡住,例如可以采用一定的工裝把螺栓螺紋部份夾住,也可以采用內螺紋盲孔形式,螺栓擰緊到盲孔的底部,這樣繼續擰緊螺栓就是完全承受扭矩了。

因此,這種意義上說,螺栓的破壞扭矩僅僅與螺栓本身的材料強度,材料類別(影響剪下強度與抗拉強度比值)有關,與螺栓的摩擦系數沒有關系。

02 破壞扭矩剪下強度與VDI 2230標準為什麽不一致?

根據GB/T 3098.13標準,螺栓的剪下強度等於抗拉強度乘以剪下強度比。

螺栓的剪下強度比8.8級螺栓為0.84,10.9級螺栓為0.79。

VDI 2230標準中也有一個螺栓的剪下強度比,根據VDI 2230標準,8.8級螺栓的剪下強度比為0.65,10.9級螺栓的剪下強度比為0.62。

為什麽兩個標準中,同樣效能等級的螺栓剪下強度比相差這麽大呢?例如8.8級螺栓,從0.84到0.65。

分析主要原因是GB/T 3098.1標準中的剪下強度比是扭轉剪下,而VDI 2230標準的剪下強度實際上是平面剪下。所以,是否可以這麽理解,兩者存在差異?當然,如果大家對這個問題有更好的解釋,可以文後留言或進群討論。

03 螺栓擰緊扭矩是什麽?

螺栓擰緊扭矩是螺栓擰緊到螺母或內螺紋孔中,中間夾緊被連線件,隨著螺栓的擰緊,由於螺紋螺旋的作用,螺栓被逐漸拉長,由於螺栓相當於一個彈性體或彈簧,這樣就會產生預緊力。

由於預緊力存在,在螺栓的頭部,螺紋部份不是完全光滑的接觸面,存在摩擦,因此,在螺栓頭、螺紋部份就產生一定的摩擦扭矩。這種摩擦扭矩隨著摩擦系數的增大而增大,正是由於這個原因,摩擦系數越大,同樣預緊力作用下的摩擦扭矩就會更大,也就是說完全有可能螺栓擰緊扭矩超過螺栓的破壞扭矩。

此時如果假設螺栓頭與被連線件之間由於某種因素產生「咬合」「焊接到一起」,這樣相當於螺栓頭與被連線件之間有很大的摩擦系數,此時,無論如何用多大的扭矩「擰緊」這個螺栓頭,實際基本都不會產生預緊力,這樣螺栓也不會被擰斷。所以,這種情況下,螺栓的擰緊扭矩完全可以超出這個螺栓的破壞扭矩值。雖然這只是一個極限情況,但是,這也說明了,螺栓的擰緊扭矩完全是可以超出其破壞扭矩的。

04 扭矩轉角法擰緊扭矩

我們再從另外一個方面來分析,螺栓實際擰緊時候的擰緊扭矩是完全可以超過螺栓的破壞扭矩的。

咱們以M10-10.9螺栓為例,根據GB/T 3098.13標準,該螺栓的最小破壞扭矩為81Nm。

假設螺栓的摩擦系數範圍為0.09-0.15,咱們尋找VW標準可以看出該螺栓擰緊到屈服時候的擰緊扭矩範圍為65-110Nm,也就是說這個螺栓擰緊到屈服時候的擰緊扭矩最大可以達到110Nm,完全是超過了該螺栓的破壞扭矩值。

螺絲君經驗與總結

1、螺栓破壞扭矩和擰緊扭矩是完全不同的兩個概念。

2、破壞扭矩是機械效能相關,與摩擦系數無關。擰緊扭矩與摩擦系數關系非常大。

3、螺栓擰緊時候的擰緊扭矩完全可以超過螺栓的破壞扭矩值。

4、破壞扭矩僅僅與螺栓有關,測試時候螺栓頭與被連線件沒有接觸。如果旋入扭矩太大,螺栓出現「浮釘」的可能性,此時如果螺栓正好被擰斷,這樣的螺栓的擰緊扭矩相當於可以看做是破壞扭矩。

5、擰緊扭矩一般來說與被連線件有關,特別與被連線件接觸的摩擦系數相關,摩擦系數越大,達到同樣的預緊力的擰緊扭矩需要越高。

螺絲君本次就分享到這裏,相信大家對擰緊扭矩能夠超過破壞扭矩是已經理解透徹了,基本可以這麽認為:破壞扭矩與擰緊扭矩可以互相沒有關系,沒有關聯。破壞扭矩大,這個螺栓的擰緊扭矩不一定就大。關於這個問題也歡迎大家入群討論。

今天的話題,就分享到這裏,不當之處,歡迎批評指正;若您有任何疑問或建議,或需要進群交流的小夥伴,可關註螺絲君微信公眾號:GAF螺絲君(GAF-luosijun)