3螺栓最小破坏扭矩的计算与分析

. 螺栓最小破坏扭矩的计算与分析 0 引言 按 DIN EN ISO898-7 规定，8.8~12.9 螺栓最小破坏扭矩扭矩如下，目前标准只给出了 M1-M10 的要求，具体测试要求见下表： 1 理论分析 下面通过理论分析来解析表中的数值如何计算而来，目前对于破坏扭矩只针对8.8 级以上， M10 以下螺栓有要求。此外，这类螺栓一般都有硬度要求，硬度和抗拉强度有一定的关系。 具体的关系可以参见 DIN EN ISO18265，下图为标准中截取的一张表格。 ’. . ’. . 下面来分析最小破坏扭矩如何计算获得， 计算公式如下（来自材料力学，材料力学有详细推 导关系） ； MBmin=τBmin·WPmin 其中，WPmin=π/16·d3lmin（抗扭截面系数，具体推导可参见材料力学） τBmin=X·σbmin MBmin—最小破坏扭矩 τB—扭转强度 σb—抗拉强度 X—强度比τ/σb dlmin=d-1.0825P 其中， dlmin 为断裂最小直径 P 为螺纹螺距 强度比 X ’. . 由上表，随着材料强度越高，材料的扭转强度与抗拉强度的比越来越低， 以 10.9 级 M10 螺栓螺距 P=1 为例： σbmin=1000MPa τBmin= X·σbmin=0.79·1000MPa=790MPa 螺距 P=1，则其小径为 dlmin=d-1.0825P=10-1.0825=8.9175mm WPmin=π/16·d3lmin=π/16·(8.9175mm)3 故 MBmin=τBmin·WPmin=790MPa·π/16·(180.34mm)3=109.942Nm 而标准中的 M10 x1,10.9 级的最小破坏扭矩为 102Nm，和计算数值相差 7Nm，这里小编 猜测制定标准的人可能考虑到材料性能的分散和测试数据的分散性， 并根据经验制定的测试 数值，各位读者也可以在留言区留言来讨论计算数值和标准数值的差异原因。 按照这个逻辑计算， 我们可以计算出更大的螺栓对应的破坏扭矩， 计算数值可以作为测试数 值的参考。 以 10.9 级 M30 螺栓为例，其中 P=3.5 σbmin=1000MPa τBmin= X·σbmin=0.75·1000MPa=750MPa 螺距 P=3.5，则其小径为 dlmin=d-1.0825P=30-1.0825·3.5=26.21125mm WPmin=π/16·d3lmin=π/16·(26.21125mm)3 故 MBmin=τBmin·WPmin=750MPa·π/16·(26.21125mm)3=2650Nm ’. . 2破坏扭矩的测试台架和注意事项 测试台架 图 1 破坏扭矩测试台架 注意事项： (1)、如无特殊要求，台虎钳夹持长度应大于1d 的有效长度以上； (2)、如需工装辅助，工装与样件有效配合长度也应为1d 以上，且头部不得受力； (3)、拧断后测量最大扭矩，应符合标准要求； (4)、查看断裂处，样件不得断裂在头部 R 角及装夹位置，如是断裂在 R 角处即为问题零 ’. . 件， 断裂在装夹处则是装夹力度过大，螺纹可能已被破坏。 3 测试曲线 某 M6x45，8.8 级螺栓的破坏扭矩测试曲线，标准要求≥13Nm，测试数值为 14Nm，满足 标准要求，从测试曲线来看，螺栓 12 Nm 就已经开始屈服，随后转动约 150°断裂，螺栓 在纯拧的状态，断裂角度一般都较小，如图 2 所示；而螺栓在实际使用过程中，是拉拧组 合，主要以拉伸为主，该螺栓实际装配的屈服扭矩为13Nm，而实际装配的拧断扭矩为16 Nm，螺栓的从屈服到拧断的角度约800°，远高于拧断的角度，如图3 所示。 图 2 纯拧状态的螺栓（破坏扭矩） ’. . 图 3 拉拧状态的螺栓（模拟装配曲线） 4 结论 1 螺栓的最小破坏扭矩可采用MBmin=τBmin·WPmin 进行计算， 计算的数值可作为参考。 2 硬度和抗拉强度关系参见DIN EN ISO18265。 3 破坏扭矩测试的螺栓为纯拧状态，受剪切力，正常装配的零件为拉拧组合，屈服至断裂 角度一般远高于纯拧状态的零件， 具体差异和螺栓长度有一定关系， 装配的断裂扭矩也高于 纯扭转的断裂扭矩。 ’.