螺紋連接是一種重要的用于產(chǎn)品之間裝配的緊固方式，為了增強(qiáng)螺紋連接的剛性、緊密性和防松能力，多數(shù)螺紋連接在生產(chǎn)裝配時(shí)都需要預(yù)緊，而為了達(dá)到預(yù)緊緊固的效果，就需要制定合適的擰緊力矩。

很多時(shí)候，我們?cè)谠O(shè)定目標(biāo)扭矩的時(shí)候，都是照搬公司內(nèi)原先圖紙或者工藝上規(guī)定的數(shù)值。通常的做法是比如機(jī)械牙，然后就找尋內(nèi)部相同的螺紋公稱直徑，然后選擇和它一樣的擰緊扭矩，最終標(biāo)在圖紙上，讓產(chǎn)線執(zhí)行。

以上做法，一般也不會(huì)出現(xiàn)什么問題，但前提是你需要直接沿用量產(chǎn)的螺絲，并且被緊固的零件材料也需要類似，才能保證萬無一失，否則雖然公稱直徑相同，但如果螺絲強(qiáng)度等級(jí)、螺絲頭接觸面直徑大小、有無彈墊、被緊固零部件材料以及各接觸界面的摩擦系數(shù)不一致的話，很可能導(dǎo)致產(chǎn)線出現(xiàn)擰緊失效，如螺絲斷裂、滑牙、松動(dòng)等問題。

最近通過查詢一些螺紋連接的擰緊力矩計(jì)算方法得知，螺絲的擰緊力矩沒有固定的標(biāo)準(zhǔn)值文件，通常只會(huì)作為目標(biāo)參考扭矩，有一定的參考意義，但最穩(wěn)妥的方法還是要進(jìn)行扭矩試驗(yàn)方法，才能得到確切合適的數(shù)值。

本文嘗試著通過對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的解讀，結(jié)合個(gè)人的理解，來對(duì)扭矩的計(jì)算方法進(jìn)行說明。

力矩，也稱為扭矩，是使物體繞軸心旋轉(zhuǎn)或具有旋轉(zhuǎn)趨勢(shì)的物理量。力和力臂的乘積叫做力對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的力矩。

力矩的計(jì)算公式為 M=L*F，其中M是力矩，L是從轉(zhuǎn)動(dòng)軸到著力點(diǎn)的距離矢量，F(xiàn)是矢量力。在國際單位制中，力矩的單位是牛頓·米，簡(jiǎn)稱?！っ祝?hào)為N·m。

在對(duì)螺紋連接進(jìn)行擰緊力矩的計(jì)算中，可以不考慮其方向。

· 摩擦因數(shù)與接觸面積無關(guān);

· 摩擦因數(shù)與滑動(dòng)速度無關(guān);

· 靜摩擦因數(shù)大于動(dòng)摩擦因數(shù)。

上圖F為全反力：接觸面給物體的摩擦力f與支持力N的合力稱為全反力F。F與截面面法線方向N的夾角則稱為摩擦角ρ。

因此tanρ=f/N=μN(yùn)/N=μ，所以ρ=arctanμ。由公式可以看出：摩擦角只決定于摩擦因數(shù)。

為什么要引入摩擦角的概念，是因?yàn)槭芰δＰ头治龅臅r(shí)候，會(huì)涉及到此角度。

如下圖為一個(gè)外螺紋的示意圖，而螺栓擰緊的過程我們可以將這個(gè)復(fù)雜的問題簡(jiǎn)化為我們更為熟悉和容易接受的斜面推物塊的問題。

螺栓螺紋可等效為一個(gè)繞螺桿圓柱，其中斜面與水平面之間夾角為β，也就是所謂的螺紋升角。螺紋展開就是一個(gè)斜面，因此可將螺栓看作斜面，將螺母看作滑塊。螺栓的擰緊過程實(shí)際上就是通過對(duì)螺母施加一個(gè)使其能夠沿斜面向上滑動(dòng)的力，從而得到一個(gè)力W，這個(gè)W就是我們想要的螺栓軸向預(yù)緊力。

如果我們用簡(jiǎn)圖將螺紋的受力模型畫出來的話，就需要將螺母的支撐面等效為長(zhǎng)為πd2的水平面，其中d2大家應(yīng)該知道為螺紋的中徑，那么螺栓與螺母的螺紋面就等效為斜面，螺栓則可以等效為斜面上的滑塊，螺栓的預(yù)緊力等效為滑塊重力，擰緊螺母相當(dāng)向左推動(dòng)重物下的三角塊。因此我們可以得到下面的受力分析圖：

（式中As為螺栓公稱應(yīng)力截面積，單位為mm2，其值可參考GB/T 16823.1）

寫在最后

上面最后T=KFd，只是簡(jiǎn)單用于工程計(jì)算的數(shù)據(jù)，能夠快速得到設(shè)定的扭矩的最大和最小值，用于初步設(shè)定產(chǎn)線的目標(biāo)扭矩。

大家有時(shí)間的話，可以對(duì)比下上面式子的左邊和右邊計(jì)算是否一樣，然后再結(jié)合實(shí)際，看哪個(gè)更加準(zhǔn)確和接近。

另外國內(nèi)外也有相關(guān)的螺栓擰緊扭矩參考標(biāo)準(zhǔn)，如VDI2230，GB/T 16823.2和VW01126。有興趣的朋友可以自行去學(xué)習(xí)和加深理解。

謝謝！