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拧紧扭矩,能超过破坏扭矩吗?

2024-10-19科学

最近,很多小伙伴在后台问:螺栓的破坏扭矩和拧紧扭矩关系,螺栓拧紧扭矩怎么能够超过螺栓的破坏扭矩呢?这样拧紧时,螺栓不就拧断了吗?

01 什么是螺栓破坏扭矩?

螺栓破坏扭矩是指按照GB/T 3098.13标准进行的螺栓机械性能测试,这个标准适用于螺纹规格小于 M 3,在 GB/T 3098. 1标准中未规定最小拉力载荷和保证载荷的螺栓与螺钉,以及公称直径3~10 mm,但长度太短而不能实施拉力试验的螺栓与螺钉,可以按照GB/T 3098.13标准的方法进行螺栓破坏扭矩测试。

试验时,螺栓或螺钉应只承受扭力,其值超过GB/T 3098.13标准中表 2 的规定。在达到最小破坏扭矩之前,试件不得断裂。试验时,螺栓或螺钉头部和螺纹部分不应有摩擦而影响试验结果。

GB/T 3098. 1规定了螺栓和螺钉的性能等级,但仅给出了 M3 及其以上规格的最小断裂载荷和保证载荷。在螺栓和螺钉规格较小的情况下,因受螺纹精度和试验装置精度的影响,准确的判定断裂载荷和保证载荷是不可能的。规格大于 M3 到 M10 的螺栓和螺钉,经常由于长度太短而不能实施拉力(或保证载荷〉试验。 因此,对 M1~M10(也包括细牙螺纹 M8X1,M10X1 和M10X1.25的螺栓和螺钉规定最小破坏扭矩,为评定其使用性能提供了依据。

实际测试中,一般采用一定的方式把螺栓螺纹卡住,例如可以采用一定的工装把螺栓螺纹部分夹住,也可以采用内螺纹盲孔形式,螺栓拧紧到盲孔的底部,这样继续拧紧螺栓就是完全承受扭矩了。

因此,这种意义上说,螺栓的破坏扭矩仅仅与螺栓本身的材料强度,材料类型(影响剪切强度与抗拉强度比值)有关,与螺栓的摩擦系数没有关系。

02 破坏扭矩剪切强度与VDI 2230标准为什么不一致?

根据GB/T 3098.13标准,螺栓的剪切强度等于抗拉强度乘以剪切强度比。

螺栓的剪切强度比8.8级螺栓为0.84,10.9级螺栓为0.79。

VDI 2230标准中也有一个螺栓的剪切强度比,根据VDI 2230标准,8.8级螺栓的剪切强度比为0.65,10.9级螺栓的剪切强度比为0.62。

为什么两个标准中,同样性能等级的螺栓剪切强度比相差这么大呢?例如8.8级螺栓,从0.84到0.65。

分析主要原因是GB/T 3098.1标准中的剪切强度比是扭转剪切,而VDI 2230标准的剪切强度实际上是平面剪切。所以,是否可以这么理解,两者存在差异?当然,如果大家对这个问题有更好的解释,可以文后留言或进群讨论。

03 螺栓拧紧扭矩是什么?

螺栓拧紧扭矩是螺栓拧紧到螺母或内螺纹孔中,中间夹紧被连接件,随着螺栓的拧紧,由于螺纹螺旋的作用,螺栓被逐渐拉长,由于螺栓相当于一个弹性体或弹簧,这样就会产生预紧力。

由于预紧力存在,在螺栓的头部,螺纹部分不是完全光滑的接触面,存在摩擦,因此,在螺栓头、螺纹部分就产生一定的摩擦扭矩。这种摩擦扭矩随着摩擦系数的增大而增大,正是由于这个原因,摩擦系数越大,同样预紧力作用下的摩擦扭矩就会更大,也就是说完全有可能螺栓拧紧扭矩超过螺栓的破坏扭矩。

此时如果假设螺栓头与被连接件之间由于某种因素产生「咬合」「焊接到一起」,这样相当于螺栓头与被连接件之间有很大的摩擦系数,此时,无论如何用多大的扭矩「拧紧」这个螺栓头,实际基本都不会产生预紧力,这样螺栓也不会被拧断。所以,这种情况下,螺栓的拧紧扭矩完全可以超出这个螺栓的破坏扭矩值。虽然这只是一个极限情况,但是,这也说明了,螺栓的拧紧扭矩完全是可以超出其破坏扭矩的。

04 扭矩转角法拧紧扭矩

我们再从另外一个方面来分析,螺栓实际拧紧时候的拧紧扭矩是完全可以超过螺栓的破坏扭矩的。

咱们以M10-10.9螺栓为例,根据GB/T 3098.13标准,该螺栓的最小破坏扭矩为81Nm。

假设螺栓的摩擦系数范围为0.09-0.15,咱们查找VW标准可以看出该螺栓拧紧到屈服时候的拧紧扭矩范围为65-110Nm,也就是说这个螺栓拧紧到屈服时候的拧紧扭矩最大可以达到110Nm,完全是超过了该螺栓的破坏扭矩值。

螺丝君经验与总结

1、螺栓破坏扭矩和拧紧扭矩是完全不同的两个概念。

2、破坏扭矩是机械性能相关,与摩擦系数无关。拧紧扭矩与摩擦系数关系非常大。

3、螺栓拧紧时候的拧紧扭矩完全可以超过螺栓的破坏扭矩值。

4、破坏扭矩仅仅与螺栓有关,测试时候螺栓头与被连接件没有接触。如果旋入扭矩太大,螺栓出现「浮钉」的可能性,此时如果螺栓正好被拧断,这样的螺栓的拧紧扭矩相当于可以看做是破坏扭矩。

5、拧紧扭矩一般来说与被连接件有关,特别与被连接件接触的摩擦系数相关,摩擦系数越大,达到同样的预紧力的拧紧扭矩需要越高。

螺丝君本次就分享到这里,相信大家对拧紧扭矩能够超过破坏扭矩是已经理解透彻了,基本可以这么认为:破坏扭矩与拧紧扭矩可以互相没有关系,没有关联。破坏扭矩大,这个螺栓的拧紧扭矩不一定就大。关于这个问题也欢迎大家入群讨论。

今天的话题,就分享到这里,不当之处,欢迎批评指正;若您有任何疑问或建议,或需要进群交流的小伙伴,可关注螺丝君微信公众号:GAF螺丝君(GAF-luosijun)