螺栓的擰緊力矩標準 本篇文章將列出各類螺絲的擰緊力矩標準,當用戶未註明擰緊力矩要求時,我們所參考的參考的標準。 需要強調的是:擰緊力矩和破壞扭力是兩個概念,擰緊力(矩)是指螺絲擰入工件的建議值;破壞扭力(即破壞扭矩)指將螺絲擰斷的最小值(詳見緊固件的破壞扭矩標準GB3098.13),很顯然,擰緊力矩是少於破壞扭矩的。 這是普通螺栓擰緊力矩:
| 螺栓 | 屈服 | 螺 栓 公 稱 直 徑 mm |
| 強度 | 強度 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 | 18 | 20 |
| 級 | N/mm2 | 擰 緊 力 矩 N.m |
| 4.8 | 240 | 4月5日 | 10月12日 | 20-25 | 36-45 | 55-70 | 90-110 | 120-150 | 170-210 |
| 5.6 | 300 | 5月7日 | 12月15日 | 25-32 | 45-55 | 70-90 | 110-140 | 150-190 | 210-270 |
| 6.8 | 480 | 7月9日 | 17-23 | 33-45 | 58-78 | 93-124 | 145-193 | 199-264 | 282-376 |
| 8.8 | 640 | 9月12日 | 22-30 | 45-59 | 78-104 | 124-165 | 193-257 | 264-354 | 376-502 |
| 10.9 | 900 | 13-16 | 30-36 | 65-78 | 110-130 | 180-201 | 280-330 | 380-450 | 540-650 |
| 12.9 | 1080 | 16-21 | 38-51 | 75-100 | 131-175 | 209-278 | 326-434 | 448-597 | 635-847 |
| 螺栓 | 屈服 | 螺 栓 公 稱 直 徑 mm |
| 強度 | 強度 | 22 | 24 | 27 | 30 | 33 | 36 | 39 |
| 級 | N/mm2 | 擰 緊 力 矩 N.m |
| 4.8 | 240 | 230-290 | 300-377 | 450-530 | 540-680 | 670-880 | 900-1100 | 928-1237 |
| 5.6 | 300 | 290-350 | 370-450 | 550-700 | 680-850 | 825-1100 | 1120-1400 | 1160-1546 |
| 6.8 | 480 | 384-512 | 488-650 | 714-952 | 969-1293 | 1319-1759 | 1694-2259 | 1559-2079 |
| 8.8 | 640 | 512-683 | 651-868 | 952-1269 | 1293-1723 | 1759-2345 | 2259-3012 | 2923-3898 |
| 10.9 | 900 | 740-880 | 940-1120 | 1400-1650 | 1700-2000 | 2473-3298 | 2800-3350 | 4111-5481 |
| 12.9 | 1080 | 864-1152 | 1098-1464 | 1606-2142 | 2181-2908 | 2968-3958 | 3812-5082 | 4933-6577 |
公制螺栓扭緊力矩 Q/STB 12.521.5-2000
範圍:本標準適用於機械性能10.9級,規格從M6-M39的螺栓的扭緊力矩,對於使用尼龍墊圈、密封墊圈、其它非金屬墊圈的螺栓,本標準不適用。
| 材料 | 45、35CrMo或同等以上材料 |
| 螺紋公稱直徑(mm) | 範圍Nm(kgfm) | 目標Nm(kgfm) |
| M6 | 8.8-14.7(0.9-1.5) | 12(1.2) |
| M8 | 14.7-34(1.5-3.5) | 25(2.5) |
| M10 | 34-74(3.5-7.5) | 54(5.5). |
| M12 | 54-123(5.5-12.5) | 89(9.0) |
| M14 | 84-196(8.5-20) | 137(14) |
| M16 | 147-309(15.0-31.5) | 230(23.5) |
| M18 | 201-427(20.5-43.5) | 315(32) |
| M20 | 319-608(32.5-62.0) | 460(47) |
| M22 | 471-829(48.0-84.5) | 650(66.5) |
| M24 | 588-1030(60-105) | 810(82.5) |
| M27 | 883-1470(90-150) | 1180(120) |
| M30 | 1130-1910(115-195) | 1520(155) |
| M33 | 1470-2450(150-250) | 1960(200) |
| M36 | 1860-3040(190-310) | 2450(250) |
| M39 | 2260-3630(230-370) | 2940(300) |
注:對於設計圖紙有明確力矩要求的,應按圖紙要求執行。
談螺栓預緊力的選用和螺栓強度校核
螺栓作為連接件,使用十分廣泛, 其在機車車輛、航太航空、風電機組 上的使用環境大多是高強度高應力, 而在乘用車主要部件的使用環境大多 是低應力卨周期,但仍然存在著極大 的隱患。從安全角度來說,螺栓所聯 接的部件都是很昂貴的。所以,螺栓失 效時,損壞的不僅僅是它們本身,而是 整個產品。
螺栓連接作為汽車裝配上的重要 應用,據有關資料介紹,根據發動機 上的螺紋緊固件通常在1500?2000 顆左右,品種更是高達100個以上,規 格也是從M6?M30不等,而其中大約 100顆是與車輛的安全性能有密切聯 系的。而做為在裝配過程中最重要的 螺栓規格及預緊力的選用,存在理論 上的不足和認識的誤區。
不論螺紋緊件作為連接或密封作用,還是需要裝配的子零件,都有一定的屈服極限。在裝配過程中,如果預緊力過大,使零件的變形量超過零件的屈服強度,零件就會損環。故裝配件要長時間穩定有效工作,設計人員必 須對螺栓預緊力進行規範設計。
1.螺栓預緊力的選用
螺栓作為重要的連接件,在總成 件安裝時必須擰緊,在連接承受工作 載荷之前,預先受到力的作用,這個預 加的力就是預緊力;預緊的目得到是為了增強連接的可靠性和緊密性,防止總成安裝件在工作時候,受到力的作用,各連接件之間出現縫隙或相對滑移,所以在總成件的設計中,必須對 預緊力的大小進行規範設計。
1.1合理選用預緊力
在專業的螺栓緊固裝配中,一般都配有標準扳手,不同的直徑規格的螺栓使用 不同長度的扳手。扳手長度為螺栓直徑的15倍左右,在這個基礎上使用專業的力學 工具可以體現準確的擰緊力矩,達到量化的預緊力,對於一些關鍵件和重要件尤為 重要。一旦使用大規格長扳手擰緊小規格的螺栓,往往會造成拉過緊,破壞零件本 身使整個連接構件失效。
在擰緊螺母時,兩個或者多個零件被壓緊,零件自身被壓縮,就像彈簧的壓縮 變形一樣,在螺母和螺栓與裝配件之間的接觸表面零件自身會產生很大的力,這個力會使得螺栓發生拉仲變形,經計算該應力是簡單的軸向拉力的1.3倍,螺栓產生 的拉應力超過材料的強度極限時,螺栓就被拉斷了。僅僅按操作者的經驗進行螺 栓的緊固,對於批量生產的產品是非常不科學的。對於長扳手擰緊小螺栓時,更應 該注意預緊力的大小,避免發生過度預緊的現象。
使用標準扳手時,施加力大小可參照表1。
表1常用規格螺栓扳手長度及施加力參考值
| 螺栓直徑d(mml | M5 | M6 | M8 | M12 | M16 | M20 | M2A | M30 | M36 |
| 標準扳手長度Llmml | 75 | 90 | 120 | 180 | 2A0 | 300 | 360 | 450 | 540 |
| 施加力F0[N) | 40 | 48 | 65 | 100 | 130 | 170 | 200 | 250 | 300 |
1.2常用規格螺栓的扭矩值
表2列出部分常用規格螺栓不同性能等級所對應的緊固扭矩值。
對於設計人員來說,該連接處的預緊力需要多大,才能既達到零件的工作要求,又不大於螺栓的安全應力,這就需要計算出該處所需的應力最小值,以此數值 來選用合適的螺栓緊固件。施加於螺栓緊固件上的預緊力,上限值取決於螺栓緊固 件的屈服強度,下限值取決於滿足工作需要所需提供的最小預緊力。
表2常用規格螺栓的緊固扭矩值
| 直徑規格 (mm) | 應力截面積 | 性能等級(GB/T3098.1-2010) |
| As(mm2) | 4.8 | 5.8 | 6.8 | 8.8 | 9.8 | 10.9 | 12.9 |
| | RPf/MPa(mm2] | RP0.2/MPa(mm2) |
| | 340 | 430 | 480 | D≤16:640 | 720 | 940 | 1100 |
| | D>16; 660 |
| 粗牙螺紋 |
| M8 | 36.6 | 13.9 | 17.2 | 19.6 | 26.2 | 29.5 | 38.5 | 45 |
| M10 | 58 | 27.6 | 341 | 38.9 | 51.9 | 58.4 | 76.3 | 89.3 |
| M12 | 84.3 | 48.1 | 59.4 | 67.9 | 90.6 | 101.9 | 133.1 | 155.7 |
| M14 | 115 | 76.6 | 94.6 | 108.1 | 144.2 | 162.2 | 211.8 | 247.9 |
| M16 | 157 | 119.5 | 147.7 | 168.8 | 225 | 253.2 | 330.5 | 386.8 |
| 細牙螺紋 |
| M8*1 | 39.2 | 14.9 | 18.4 | 21 | 28 | 31.6 | 41.2 | 48.2 |
| M10*1 | 64.5 | 30.7 | 37.9 | 43.3 | 57.7 | 65 | 84.8 | 99.3 |
| M10*1.25 | 61.2 | 29.1 | 35.9 | 41.1 | 54.8 | 61.6 | 80.5 | 94.2 |
| M12*1.25 | 92.1 | 52.6 | 61.9 | 74.2 | 99 | 111.4 | 145.4. | 170.2 |
| M12*1.5 | 88.1 | 50.3 | 62.1 | 71 | 94.7 | 106.5 | 139.1 | 162.8 |
| M14*1.5 | 125 | 83.3 | 102.9 | 117.6 | 156.8 | 176.4 | 230.3 | 269.5 |
| M16*1.5 | 167 | 127.1 | 157.1 | 179.5 | 239.4 | 269.3 | 351.6 | 411.4 |
2.螺栓規格的合理選用
機車車輛、機械裝備、汽車的裝配是實現總成件,尤其是大型總成裝配件生產的重要環節,零部件之間的連接通常通過螺栓來實現,特別是關鍵部位的螺栓, 其連接品質決定著總成裝配件的可靠性。由於螺栓施加預緊力的數值影響了螺紋 的連接品質,在保證採用合適預緊力裝配的前提下,選用合適的螺栓規格,非常重 要。對於螺紋緊固件來說,它們的性能參數都是在一定的範圍內變化的,所以基本 是有參考值的,因此計算出該緊固連接處的螺栓規格在性能上,是否達到工作強度要求,是設計人員必須考慮的。
3.強度計算
3.1手冊中的螺栓連接
現行的汽車行業螺栓強度分析基本都是基於(機械設計手冊)的理論計 算,由於安全係數要求有較高的強度餘 量,所選螺栓強度會遠遠高於所需強 度,進行計算時,首先是根據連接的類 型、裝配情況、載荷狀態等條件,確定螺栓的受力,然後按相應的強度條件計算螺栓危險截面的直徑或校核其強度。
螺栓連接裝配時,其螺栓危險截面 的拉伸強度條件為:
其中F2為螺栓總拉力,F0為螺栓預緊力,其中
為螺栓相對 鋼度,取值為0.2?0.3。
3.2 VDI2230標準的螺栓連接的強度計算
VDI2230《高強度螺栓連接的系統 計算強度校核 》標準,在德國及其它國 家已獲得廣泛應用,適用於高強度螺栓 的強度校核,使用該標準校核最大載荷 下的工作應力。
VDI2230標準在用於校核螺栓強 度方面,更加注重螺栓本身的各段尺寸,並將預緊力引起的螺栓扭轉應力,以及螺紋摩擦係數精細的考慮在內,相對於《機械設計手冊》粗放大的相對剛度係數,該標準有效的降低了強度浪費。
4.結論
螺紋緊固件在機車車輛、航太航空、風電機組和汽車上的運用是普遍的,但是對高強度螺栓重視程度遠遠不夠,近幾年頻繁發生由於螺栓斷裂引發的事故,可以看出螺栓雖小,但位置關鍵,各大公司,特別是國際品牌對高強度螺栓的選用設計也是非常嚴格的,但是也發生由於螺栓強度不足發生事故, 應該引起我們對設計過程的關注。德國 VDI-2230《高強度螺栓連接的系統計算強度校核》標準,相對於《機械設計 手冊》的計算方式,更注重強度的有效 利用,計算中考慮了溫度、截面變化和 摩擦係數等細節方面,為螺栓的強度校 核提供了更加貼近事實的支援。
相關推舉:
螺栓規格表 螺栓強度等級 螺栓材料