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必看的手动装夹方式——螺栓紧固30张图解

黄小邪 夹具知识 2020-02-06 3.5千 0

螺栓拧紧是夹具设计中常用的紧固方式之一,在各种需要连接通孔的环节上大量使用,比如夹具在工作台的固定、手动装夹、连接板之间的固定等。


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螺栓拧紧的工作状态如下图所示,施加一定扭矩旋转一定角度后,这部分的扭矩+角度所做功最终转为三个部分:螺栓头下摩擦力消耗、螺纹副摩擦力消耗、产生预紧力。而之所以大量使用,也正是因为它装配简单、拆卸方便,且成本低廉。


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螺栓拧紧技术图解


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拧紧中的扭矩分配


拧紧一颗螺栓,需要施加一定扭矩旋转一定角度后才可以完成,这部分的扭矩+角度所做功最终转为三个部分:


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1)螺栓头下摩擦力消耗 

2)螺纹副摩擦力消耗 

3)产生预紧力


这个也可以根据以下公式得出:


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一般而言,这三者的比例在10%,40%以及50%,这部分能量的消耗很容易直观的体会到:10%的夹紧力做功体现在螺栓的被拉伸,40%和50%体现了螺纹副以及螺栓头下拧紧后摩擦力导致的发热。


螺栓的初始设计是按照如上图的比例来分配三者关系的,如果实际的过程中改变了三者的比例关系,会出现扭矩“合格”,夹紧力不合格的情况。


典型情况1:螺纹副被额外润滑


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此时螺纹副摩擦系数降低,摩擦力矩变小,施加的扭矩“转移”给夹紧力,后果有可能是:螺栓拉断或者工件变形。


典型情况2:螺栓生锈或者螺纹副有油漆


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此时螺纹副摩擦系数增加,有可能扭矩合格后夹紧力不足。



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其它改变摩擦系数的常见情况有:涂层材料改变,涂层厚度变化,螺栓/螺钉公差,与螺帽旋转接触面摩擦系数,工具转速,垫片增加/减少等。


拓展:拧紧技术中的螺栓螺母知识


螺栓拧紧是装配环节的重要环节,螺栓/螺母在产品寿命周期内必须稳定连接,否则有可能造成严重的质量事故,因为螺栓/螺母失效而导致的安全事故时有发生。


螺栓/螺母的失效方式有以下几种:


1. 强度不足 

螺栓常见强度等级如下,如果螺栓制造商供应的螺栓不能满足对应的强度要求,螺栓连接的安全性也无法得到保障。


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2. 螺纹副强度不足 

按照ISO898要求,与螺栓配合的螺纹副/螺母强度要与螺栓本身强度相匹配,比如螺栓强度为10.9的螺栓,应采用强度为10的螺母。


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3. 螺纹副高度 

同样根据ISO898要求,螺母或者有效螺纹连接高度一般大于公称直径D的0.8以上,比如M10的螺栓与之匹配的螺母高度不得低于8mm。


螺栓/螺母机械强度测试


螺栓/螺母机械强度的测试方法很多,比较权威的方法是依据ISO898-1以及ISO898-2,对于螺栓的机械抗拉强度测试方法如下:固定螺栓两端,通过万能材料试验机产生轴向拉力,通过轴向拉力/轴向拉伸量获得螺栓的机械性能指标。


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轴向拉力/轴向拉伸量:


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螺母/螺纹副的机械强度测试,如下图示意:


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1. 载荷一般在抗拉强度的88%-94%之间;

2. 持续载荷15S;

3. 需确保螺杆没有永久变形;

4. 15S后手动可以将螺纹旋出,则表示螺母/螺纹副强度合格。


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