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自鎖螺母擰緊扭矩，要不要加上防松扭矩？

瀏覽次數(shù)：1288 發(fā)布時間：2023-12-20

鎖緊螺母又稱自鎖螺母，目前主要有全金屬鎖緊螺母，非金屬嵌件鎖緊螺母，還有一種金屬夾片的鎖緊螺母等。全金屬鎖緊螺母有分為端面壓3點的對螺紋的螺距產(chǎn)生一定的影響，形成鎖緊特性；還有一種是對邊壓扁，使端部螺紋由圓形變?yōu)闄E圓形形成鎖緊特性。

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摩擦系數(shù)會影響最終的預(yù)緊力，這方法大家都已經(jīng)比較認(rèn)同和重視，但是，對于自鎖螺母，大家是如何設(shè)計這個擰緊扭矩呢？


01

VDI2230中對自鎖螺母類零件扭矩的描述

VDI2230中，對于自鎖螺母的擰緊扭矩有如下描述：

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該描述說明，對于自鎖螺母類的零件，在確定擰緊扭矩或擰緊扭矩計算的時候，除了正常的螺紋擰緊扭矩MG和端面擰緊扭矩MK外，還有螺紋旋入力矩MU（自鎖螺母）和端面附件阻力矩的MKzu（例如帶齒的螺栓擰緊）影響。


但是，VDI 2230標(biāo)準(zhǔn)又有一個說明，對于高預(yù)緊力連接副，螺紋旋入力矩MU可以忽略不計。這句話的意思是：如果螺栓擰緊到高預(yù)緊力時，螺紋旋入力矩MU就不用加到總扭矩中了。到底這個擰緊到高預(yù)緊力需要多少，才不需要加進去，如何來衡量這個高預(yù)緊力呢？

02


鎖緊螺母的實測摩擦系數(shù)

以尼龍嵌件鎖緊螺母為例，試驗中僅僅進行螺母的擰緊來說明相關(guān)的問題。鎖緊螺母的扭矩-轉(zhuǎn)角、軸力-轉(zhuǎn)角曲線如下圖，從圖中測試結(jié)果可以看出鎖緊螺母有一定的旋入扭矩，也就是從螺栓擰入到螺母，螺栓達到螺母的鎖緊部分，就會產(chǎn)生一定的旋入扭矩或鎖緊扭矩；等螺栓完全伸出螺母后，旋入扭矩會達到平穩(wěn)階段，在該階段扭矩不會繼續(xù)上升；螺母與被連接件完全貼合后扭矩會出現(xiàn)正比例上升。


在旋入扭矩階段，螺栓的軸力基本為零，基本呈水平直線形態(tài)，也就是說即使顯示出一定的擰緊扭矩了，但是，此時螺栓的軸力是基本為零的。ac8373fe01e41f00144345e3b4f363f.png

鎖緊螺母的螺紋摩擦系數(shù)-轉(zhuǎn)角、總摩擦系數(shù)-轉(zhuǎn)角曲線如下圖，從螺紋摩擦系數(shù)曲線可以看，摩擦系數(shù)是隨著擰緊的角度變化而變化的，在螺母完全貼合被連接件以后，螺紋摩擦系數(shù)和總摩擦系數(shù)是隨著軸力增加（或旋轉(zhuǎn)角度的增加）而降低，這也就是說明了：鎖緊螺母擰緊扭矩如果比較低時，擰緊扭矩的設(shè)定或計算就不能按照正常扭矩軸力來進行計算，需要按照實際的摩擦系數(shù)來計算，或者需要考慮一定的旋入扭矩才能夠更加符合實際情況。


鎖緊螺母支撐面摩擦系數(shù)相對來說變化不大，在螺母貼合被連接件以后，螺母的支撐面摩擦系數(shù)與正常非鎖緊螺母的摩擦系數(shù)曲線基本一致，隨著預(yù)緊力的（螺栓軸力）的增加支撐面摩擦系數(shù)基本不會產(chǎn)生很大的變化。


如果鎖緊螺母正常擰緊的時候，在鎖緊螺母按照要求的摩擦系數(shù)進行開發(fā)時，就按照正常擰緊扭矩擰緊即可，不需要再考慮旋入扭矩的問題了。


因此，在鎖緊螺母開發(fā)時候，摩擦系數(shù)的測試也是按照75%的保證載荷時進行的，也就是說在正常擰緊扭矩擰緊時摩擦系數(shù)是滿足開發(fā)時要求的摩擦系數(shù)的。


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從上面實際測試結(jié)果可以看出，鎖緊螺母的螺紋摩擦系數(shù)在擰緊到1600°時，基本保持不變，也就是說鎖緊螺母擰緊到1600°，約為50%的最終預(yù)緊力情況下，螺紋摩擦系數(shù)就基本不發(fā)生很大的變化，可以認(rèn)為此時與最終的摩擦系數(shù)基本不變，能夠保持一致了。


因此，從這個測試結(jié)果可以確定，鎖緊螺母如果實際設(shè)計的預(yù)緊力能夠達到40%保證載荷以上，基本就能夠不需要再考慮旋入扭矩了。也就是說VDI 2230標(biāo)準(zhǔn)中說的高預(yù)緊力可以認(rèn)為至少要達到40%保證載荷以上。如果設(shè)計的扭矩太低就需要考慮自鎖螺母的旋入扭矩。


另外，需要說明的一點，對于螺栓頭、螺母支撐面帶齒的螺栓或螺母來說，VDI 2230標(biāo)準(zhǔn)也沒有說明在何種情況下可以不需要考慮，也就是對于帶齒的螺栓螺母，在任何情況下都需要考慮頭下的這個附加扭矩。


可以這樣理解：對于帶齒的螺栓螺母，在擰緊過程中摩擦系數(shù)（或者說等效摩擦系數(shù)）是會逐漸增大的，特別在預(yù)緊力比較大的時候，等效摩擦系數(shù)會非常大，相當(dāng)于螺栓頭會切削這個被連接件的表面。

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03


哪些部位(情況)需要考慮鎖緊螺母旋入扭矩

例如，在減振器活塞桿與mount安裝螺母。由于活塞桿為了減重等因素，活塞桿的外徑不會設(shè)計的很大，往往有效接觸面只有3mm左右，甚至某些設(shè)計會更小，因此，在滿足要求的前提下，安裝螺母擰緊扭矩不能制定太高，否則，會容易使mount產(chǎn)生壓潰或永久塑性變形，造成擰緊扭矩的衰減。

根據(jù)受力要求，此處不需要很大的夾緊力即可滿足外部載荷要求，因此，減震器頂端螺母往往不需要設(shè)計很大的擰緊扭矩。該螺母設(shè)計采用M14x1.5的螺紋規(guī)格，但是擰緊扭矩往往就是60Nm左右。在這種情況下，由于自鎖螺母本身具有一定的旋入扭矩，例如，M14x1.5-10的全金屬自鎖螺母旋入扭矩標(biāo)準(zhǔn)最大值為31Nm，如果設(shè)計旋入扭矩接近31Nm，那么，如果擰緊扭矩設(shè)定到60Nm會對夾緊力是不是會降低呢？從這個方面來說，自鎖螺母的摩擦系數(shù)確定是非常重要的。

對于自鎖螺母，如果擰緊扭矩為正常的扭矩，計算擰緊扭矩時候不需要加上螺紋部分的旋入扭矩，因為，此時正常擰緊扭矩預(yù)緊力比較高。


對于部分采用自鎖螺母的零件，擰緊扭矩遠遠低于正常擰緊扭矩，如50%的正常擰緊扭矩，此時就需要考慮自鎖螺母的旋入扭矩問題，這一點非常重要，否則，實際夾緊力會達不到所需要的夾緊力要求，造成零件的松脫。


高預(yù)緊力，可以按照40%的螺栓保證載荷來考慮。


對于帶齒螺栓螺母，就需要在任何情況下都要對這個附加扭矩有所考慮。