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在汽車裝配中，螺紋緊固件裝配的質(zhì)量將直接影響整車 裝配質(zhì)量和行駛的可靠性，為此在施加外載荷之前，需進(jìn)行 預(yù)緊即擰緊螺紋緊固件，通過產(chǎn)生的軸向預(yù)緊來夾緊被連接件，保證螺栓的可靠服役。本文對螺紋緊固件扭矩的計(jì)算、校核及應(yīng)用作以分析。

1 確定夾緊力

1.1 需求夾緊力

根據(jù)緊固件在實(shí)際連接部件的受力情況，通過受力分析及工程計(jì)算，結(jié)合實(shí)際連接部位的關(guān)鍵程度，確定被連接件所需的夾緊力即需求夾緊力。該需求夾緊力必須保證被連接件在工作過程中各種載荷沖擊下始終貼合，一般通過 CAE建立模型輔助分析計(jì)算，常用的方法見表 1。

1.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)夾緊力

1.2.1 擰緊系數(shù)

扭矩法夾緊力*大值和*小值的比值公式可粗略用公式

（1）表示：

一般目標(biāo)軸力的*小值與需求軸力存在一定關(guān)系（取 1.2的**余量），見公式（2）：

式中：Fmin 為*小夾緊力，kN；c 為夾緊力精度；F 為

公稱夾緊力，kN；FR 為需求夾緊力，kN。

通過公式（1）和公式（2）能夠推導(dǎo)出擰緊系數(shù)，

見公 式（3）：

式中：α 為擰緊系數(shù)；c 為夾緊力精度。

很明顯 α 由夾緊力精度即擰緊工具精度、摩擦系數(shù)散差

和**余量確定，與螺栓尺寸無關(guān)。

因此可以結(jié)合各企業(yè)的擰緊工具精度以及所統(tǒng)一的摩擦

系數(shù)精度確定擰緊系數(shù)，見表 2。 

1.2.2 計(jì)算目標(biāo)夾緊力

根據(jù)公式（4）確定目標(biāo)夾緊力 Ft max。

式中：Ft max 為目標(biāo)夾緊力，kN；α 為擰緊系數(shù)；FR 為需求夾緊力，kN。

2 選擇螺紋緊固件

根據(jù)目標(biāo)夾緊力、結(jié)合加緊對象及安裝環(huán)境等，一般以

螺栓的直徑及性能等級與屈服夾緊力的對應(yīng)關(guān)系來選擇合適

的螺紋緊固件，即 Ft max一般為*大摩擦系數(shù)（如 0.15±0.03

時取 0.18）對應(yīng)屈服夾緊力 Ffy的 80%～90%合適。

屈服夾緊力根據(jù)公式（5）計(jì)算而來（來源于 VDI 2230[2]）。 

式中：Ffy 為螺栓屈服夾緊力，kN；A0 為應(yīng)力面積，

A0=πd0 2 /4，mm2；RP0.2min 為螺栓屈服強(qiáng)度，MPa；d0 為應(yīng)力

直徑，mm；d2 為螺紋中徑，mm；P 為螺距，mm；μth 為螺

紋摩擦系數(shù)。

根據(jù)選擇螺栓屈服夾緊力的 85% 計(jì)算*大安裝扭矩

MA max，見公式（6）。 

式中：MA max為*大安裝扭矩，Nm；Ffy 為選擇螺栓的屈服夾緊力，kN；P 為螺距，mm；d2為螺紋中徑 d2=d?0.6495P，mm；μth min為螺紋摩擦系數(shù)*小值， 如 0.15±0.03 時取 0.12；

μb min為支撐面摩擦系數(shù)*小值，如 0.15±0.03 時取 0.12；

Dkm為支撐面的摩擦直徑，Dkm=2/3×（dw 3 -dh 3）（/ dw 2 -dh 2）， mm；

注：dw為支撐面或墊圈直徑，dh為螺栓或螺釘通孔直徑。

按公式（7）和（8）分別計(jì)算目標(biāo)安裝扭矩 MA 和*小安裝扭矩 MA min. 

4 扭矩的校核

根據(jù)*小安裝扭矩，計(jì)算*小目標(biāo)夾緊力，見公式。

同時考慮夾緊力衰減和避免被連接件表面壓潰情況，對目標(biāo)夾緊力進(jìn)行校核，夾緊力衰減校核方法參考公式（10）和公式（11），避免表面壓潰校核見公式（11）：

Ab min 為承載面積，詳見 GB/T 16823.1[4]，mm2； P_G為被連接件的抗壓強(qiáng)度。

上述校核結(jié)果均滿足時，可以判定確定的扭矩范圍（MA± △MA）合理，否則需要返回重新選擇螺栓進(jìn)行計(jì)算與校核，直至校核滿足為止。

5 扭矩的驗(yàn)證

為確保整車的**性和可靠性，需要對計(jì)算的扭矩進(jìn)行工藝驗(yàn)證，對于非沖擊扳手工序（擰緊機(jī)、定扭電槍、定扭風(fēng)槍等）一般是測量不同狀態(tài)下的殘余扭矩，用測得的殘余扭矩與扭矩設(shè)計(jì)值進(jìn)行對照，確定連接副是否可靠，是否對行車**帶來隱患；對于沖擊扳手工序，由于精度無法控制，殘余扭矩?zé)o明顯規(guī)律，故采用劃線法判定是否存在松動，間接判定是否連接可靠。

對于自動擰緊機(jī)的工位，能及時記錄緊固件的動態(tài)扭矩， 即緊固件被緊固、擰緊過程中測量的扭矩峰值，通過動態(tài)扭矩數(shù)據(jù)分析，可監(jiān)控扭矩的擰緊狀態(tài)、評價工藝能力和連接可靠性。

5.1 殘余扭矩法驗(yàn)證

5.1.1 殘余扭矩定義

在一般情況下測試采用在安裝結(jié)束后靜置三分鐘后進(jìn)行測試，采用再次擰緊的方式下，驅(qū)動角度一般在 5°到 10°之間，從測試力矩扳手（表盤式、數(shù)顯式等，見圖 1）上讀取的數(shù)值為殘余扭矩。