摘要螺紋連接以其簡(jiǎn)單、可靠、便于調(diào)節(jié)、多次拆裝而無(wú)需更換的優(yōu)點(diǎn)，在裝配過(guò)程中占有很大的比重。裝配過(guò)程中屢屢出現(xiàn)因擰緊力矩過(guò)大或過(guò)小出現(xiàn)螺紋緊固件或連接件失效的問(wèn)題，為了提高螺釘連接的一致性和可靠性，首先通過(guò)工程方法計(jì)算確定不同規(guī)格螺釘?shù)睦碚摂Q緊力矩值，并對(duì)防松方法進(jìn)行了總結(jié)，其次通過(guò)振動(dòng)試驗(yàn)驗(yàn)證螺釘擰緊力矩工程計(jì)算值是否正確、合理。最后，對(duì)螺釘擰緊力矩選取原則進(jìn)行了歸納總結(jié)，以便工藝設(shè)計(jì)人員根據(jù)不同的使用環(huán)境選擇。

關(guān)鍵詞螺紋連接擰緊力矩振動(dòng)試驗(yàn)

1 引言

螺釘聯(lián)接安全性的關(guān)鍵在于保持足夠的剩余預(yù)緊力。當(dāng)慣導(dǎo)系統(tǒng)在振動(dòng)過(guò)程中，螺釘所受的工作力大到足以抵消預(yù)緊力時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)螺釘松動(dòng)或折斷的危險(xiǎn)。為預(yù)防螺釘連接失效，保證產(chǎn)品的可維修性和可拆卸性，常用螺紋緊固膠防松和彈平墊防松。其中螺紋緊固膠方法防松，在粘接劑的作用下，拆卸力矩成倍增長(zhǎng)。彈平墊方法防松，平墊圈主要用于改善支承面的接觸狀態(tài)，保證支承面的摩擦因數(shù)穩(wěn)定，對(duì)防松有一定的作用。彈簧墊圈利用其彈性產(chǎn)生軸向力使螺紋副軸向壓緊而產(chǎn)生摩擦力防松，但一般用于不重要的螺紋副連接。

2 螺紋緊固力矩的工程計(jì)算方法

在工程設(shè)計(jì)中，螺紋連接件擰緊力矩一般按式（1）計(jì)算，其中擰緊力矩系數(shù)K 與螺紋大小、螺紋升角、螺紋當(dāng)量摩擦角、螺紋當(dāng)量摩擦系數(shù)，螺釘頭與被連接件支撐面的摩擦系數(shù)有關(guān)，可針對(duì)特定的工況條件按GJB715.15 規(guī)定的試驗(yàn)方法測(cè)出，當(dāng)被聯(lián)接件表面為氧化無(wú)潤(rùn)滑狀態(tài)時(shí)，取 0.24。

M = KdF ×10^-3      （1）

式中：M——擰緊力矩，單位 N·m；

F——軸向力，即設(shè)計(jì)時(shí)確定的預(yù)緊力，單位 N；

K——擰緊力矩系數(shù)；

d——螺紋公稱(chēng)直徑，單位 mm；

對(duì)于碳素鋼螺釘，預(yù)緊力為：

F = (0.6～0.7)σ _sA_s （2）

對(duì)于合金鋼螺釘，預(yù)緊力為：

F = (0.5～0.6)σ _sA_s（3）

式中：σs——螺釘材料的屈服極限；

As——螺紋公稱(chēng)應(yīng)力截面積，

d2——外螺紋中徑；

d3——螺紋的計(jì)算直徑d3  =d – H/6

H——為螺紋的原始三角形高度；

d1——外螺紋小徑。

3 螺紋緊固力矩的工程計(jì)算值

    螺釘常見(jiàn)機(jī)械性能等級(jí)有 4.8、 5.6、 5.8、 6.8、 8.8、9.8、 10.9、 12.9。小數(shù)點(diǎn)前的數(shù)字代表材料抗拉強(qiáng)度（σ b）的 1/100，小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)字代表材料的屈服極限（σ s 或σ 0.2）與其抗拉強(qiáng)度（σ b）比值的 10 倍。例如等級(jí)為 4.8 的螺釘，其抗拉強(qiáng)度為4×100＝400MPa，屈服極限為 8×0.1×400＝320MPa。

    螺釘常見(jiàn)性能等級(jí)的抗拉強(qiáng)度和屈服極限見(jiàn)表1，常見(jiàn)螺紋緊固件的擰緊力矩見(jiàn)表 2。

4 螺紋緊固膠的選取方法

螺釘緊固件防松較為常用的為使用螺紋緊固膠進(jìn)行防松。其中環(huán)氧膠粘接力較大，在螺釘緊固中使用后一般不可拆卸，且環(huán)氧膠一般都為雙組分，操作復(fù)雜。厭氧膠具有良好的耐振性、粘結(jié)力和密封性，防松功能強(qiáng)，厭氧膠為單組分膠，在空氣中呈液態(tài)，隔絕空氣后，發(fā)生聚合反應(yīng)固化，而且使用厭氧膠可進(jìn)行螺紋緊固件的重復(fù)拆卸，因此厭氧膠較為常用。厭氧膠一般為系列膠，按粘接強(qiáng)度分為不同牌號(hào)，可根據(jù)螺紋緊固、密封等不同需要選擇不同性能的膠液。樂(lè)泰200系列為螺紋鎖固密封膠，應(yīng)用廣泛，其性能見(jiàn)表3。

使用樂(lè)泰鎖固膠后,可使螺紋松開(kāi)力矩增大，用膠后松開(kāi)力矩增大情況見(jiàn)表 4。

5 螺釘緊固件擰緊力矩的試驗(yàn)驗(yàn)證

5.1 試驗(yàn)條件

為了驗(yàn)證螺釘擰緊力矩選取原則的正確性，進(jìn)行了螺釘緊固件振動(dòng)試驗(yàn)。確定了振動(dòng)試驗(yàn)條件，試驗(yàn)條件如表5 所示。因 X 向和Z 向振動(dòng)試驗(yàn)對(duì)螺釘?shù)氖芰Ψ较蛳嗤手徽駝?dòng)X 向方向和Y 方向。

5.2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

試驗(yàn)件材料為 2A12 T4。同時(shí)，為了保證螺釘?shù)陌惭b強(qiáng)度， M4 以上螺紋均鑲鋼絲螺套。試驗(yàn)用螺紋緊固件主要選擇 HB 和GB 螺釘，其中：GB 螺釘性能等級(jí)為4.8、5.8。HB 螺釘選擇材料為ML25（M3以下），30CrMnSiA（M4 以上）。螺紋公稱(chēng)直徑為M1.6、M2、M2.5、 M3、 M4、 M5、 M6、 M8、 M10(均為圓柱頭螺釘)。每種規(guī)格螺釘各20 個(gè)，進(jìn)行螺紋緊固件無(wú)防松措施，彈平墊防松、螺紋緊固膠防松、彈平墊及加膠防松振動(dòng)試驗(yàn)。

5.3 試驗(yàn)過(guò)程

將不同規(guī)格的螺紋緊固件按照不同的試驗(yàn)條件進(jìn)行加固，待膠液固化后點(diǎn)標(biāo)志漆，然后按照振動(dòng)試驗(yàn)條件進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)。振動(dòng)試驗(yàn)后檢查螺紋標(biāo)志漆是否有破損現(xiàn)象，同時(shí)使用力矩螺絲刀或力矩扳手檢查螺紋緊固件是否出現(xiàn)松動(dòng)。

    振動(dòng)試驗(yàn)中的試驗(yàn)件沒(méi)有減振措施，因此該振動(dòng)試驗(yàn)條件更為惡劣。在振動(dòng)工裝上設(shè)置兩個(gè)控制點(diǎn)和一個(gè)監(jiān)控點(diǎn)。如圖1 所示。

5.4 試驗(yàn)結(jié)論

通過(guò)振動(dòng)試驗(yàn)， X 向振動(dòng)試驗(yàn)放大倍數(shù)0.999， Y向振動(dòng)試驗(yàn)放大倍數(shù) 2.26。說(shuō)明在振動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中，部分螺釘承受的力大于試驗(yàn)條件。振動(dòng)試驗(yàn)后，檢查標(biāo)志漆均完好無(wú)損，同時(shí)用力矩螺絲刀按規(guī)定力矩值檢查無(wú)一螺釘發(fā)生松動(dòng)。證明了本文規(guī)定的螺紋緊固件擰緊力矩值是符合要求的。

6 螺釘緊固件擰緊力矩選取原則

根據(jù)多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，螺釘緊固件擰緊力矩的選取原則如下：

（1）螺釘緊固件的擰緊力矩值不應(yīng)超過(guò)表 2 的工程計(jì)算值，否則，會(huì)因螺釘連接擰緊力矩過(guò)大，導(dǎo)致螺紋牙被剪斷而脫扣或者導(dǎo)致螺釘緊固件擰斷。

（2）強(qiáng)度要求高的重要部位連接，可選擇質(zhì)量等級(jí)高或航標(biāo) 30CrMnSiA 材料的螺釘緊固件。同時(shí)，可選擇高強(qiáng)度樂(lè)泰鎖固密封膠進(jìn)行防松，但是產(chǎn)品不易拆卸。

（3）一般情況下，為滿足產(chǎn)品可維修性要求，對(duì)螺紋公稱(chēng)直徑≤2.5 的螺釘緊固件使用樂(lè)泰鎖固密封膠 222，對(duì)螺紋公稱(chēng)直徑大于 2.5 的螺釘緊固件使用樂(lè)泰鎖固密封膠 243 進(jìn)行防松。

（4）對(duì)于被壓緊的中間材料為塑料材料等較軟的材料，則需要降低螺釘緊固件擰緊力矩值，否則塑料零件會(huì)因擰緊力矩大而變形。螺釘選擇性能等級(jí)4.8 螺釘或航標(biāo) ML25 螺釘即可。螺釘緊固件的擰緊力矩值可為表 2 計(jì)算的工程計(jì)算值的 1/2，如果需要增加螺釘緊固件的擰緊力矩值，需以不壓壞塑料零件為準(zhǔn)，同時(shí)擰緊塑料零件的螺釘緊固件的最大力矩值不應(yīng)超過(guò)表2 給定的最大力矩值。同時(shí)為了保證螺紋不松動(dòng)，建議使用樂(lè)泰鎖固密封膠243 和彈平墊同時(shí)防松。

（5）如果螺釘加固過(guò)程中使用了螺紋緊固膠進(jìn)行加固，則因使用不同螺紋緊固膠，使得螺釘松開(kāi)力矩均有不同程度的增加，故可在滿足強(qiáng)度的要求下適當(dāng)降低螺釘擰緊力矩。

（6）使用彈平墊防松方法，一般用于不重要的螺紋副連接。所以，建議使用彈平墊防松的螺紋連接緊固力矩，可參考表2 的數(shù)值。

7 結(jié)束語(yǔ)

為避免螺釘在裝配過(guò)程中屢屢失效問(wèn)題，提高螺釘連接的一致性和可靠性，需確定螺釘?shù)木o固力矩。本文所提供的螺釘擰緊力矩值是工程計(jì)算值并根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)總結(jié)而得出。在生產(chǎn)中，還需根據(jù)螺釘使用的不同工況條件具體確定螺紋連接的緊固力矩。