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3螺栓最小破坏扭矩的计算与分析

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螺栓最小破坏扭矩的计算与分析 0 引言 按 DIN EN ISO8-7 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 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。

RUa< MPa 335 350 370 385 4∙0O 415 430 4$0 4<5 4 SiO 4仍 510 530 545 53 575 595 610 625 0 MO 675 650 7«5 720 740 755 770 兀5 H(IO 820 835 «50 SSo 他 915 9JQ 950 9GS .4 49.0 49.7 5C.2 51.3 52.3 514 5J.4 56.4 57.4 5$4 59.3 60.2 61.1 (19.9) 21.1 11 1 23.2 24.3 25.2 26.2 27.1 279 2&7 29.5 30.4 3).1 32.5 33.9 35.2 36.5 37.3 39.1 40.4 41.7 42.9 44.1 43.3 46.4 47.4 4&4 49.4 536 W2 69.8 70.3 70.8 71; 7l∙8 723 72,8 73.3 61.9 62.7 6” 6匚3 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 ·bσmin 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 ·bσmin=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 · /π16 ·(180.34mm)3=109.942Nm 而标准中的 M10x1,10.9 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 ·bσmin=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 · /π16 ·(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。

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