螺栓過屈服擰緊，再受到很大拉力會(huì)斷嗎？

發(fā)布時(shí)間：2023-11-22

螺栓擰緊包括扭矩法，扭矩轉(zhuǎn)角法（彈性區(qū)域），扭矩轉(zhuǎn)角法（塑性區(qū)域），屈服點(diǎn)法，張拉法等。

由于過屈服擰緊能夠產(chǎn)生足夠大的預(yù)緊力，且擰緊后的預(yù)緊力與螺栓的摩擦系數(shù)影響很少，能夠保證預(yù)緊力非常穩(wěn)定，所以，當(dāng)前很多在不需要重復(fù)拆裝的場合下，過屈服擰緊非常普遍。

目前很多螺栓采用扭矩轉(zhuǎn)角法擰緊到過屈服段的塑性區(qū)域，例如發(fā)動(dòng)機(jī)的缸蓋螺栓，這是非常常見的擰緊方式。

VDI 2230扭矩法擰緊采用90%利用率：

在 VDI 2230 中，螺栓在裝配期間的利用率為 90%，目的是確保螺栓仍有10%的螺栓利用率儲(chǔ)備，以應(yīng)對(duì)額外的外部載荷。同樣，還有一個(gè)考慮，就是VDI 2230計(jì)算中采用螺紋的公稱直徑，但是，實(shí)際螺栓往往螺紋都有一定的公差，特別對(duì)于小螺釘來說，這個(gè)螺紋公差可能會(huì)嚴(yán)重影響螺紋的應(yīng)力截面積，如果用100%的利用率，就有可能在裝配中出現(xiàn)擰斷的風(fēng)險(xiǎn)。

過屈服擰緊預(yù)緊力變化分析：

即使螺栓在裝配過程中已完全達(dá)到屈服點(diǎn)（ν = 1.0），也可以在受到外力時(shí)候承受額外的應(yīng)力，而不會(huì)危及連接的操作安全。下面以 M16-12.9 螺栓連接為例進(jìn)行說明。

螺栓按照選定的預(yù)緊力為 F_M= 0.8 F_0,2進(jìn)行擰緊，計(jì)算出的等效應(yīng)力 σ_red約為 0.93 R_p0,2，因此會(huì)出現(xiàn)以下情況：

? 去除外部擰緊扭矩（擰緊扭矩 M_A，也就是擰緊時(shí)候擰緊套筒從螺栓頭脫開后）后，螺栓的扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力減小，因此整個(gè)螺栓連接系統(tǒng)的等效應(yīng)力（拉應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力合應(yīng)力）也隨之減小。

? 在擰緊扭矩去除后，拉伸應(yīng)力和施加的預(yù)緊力幾乎保持不變（實(shí)際裝配完成后會(huì)因?yàn)榍度霌p失造成一定的預(yù)緊力衰減，從而拉伸應(yīng)力和施加預(yù)緊力會(huì)稍有下降）。

? 在工作載荷下，拉伸應(yīng)力會(huì)因外部軸向拉力載荷而導(dǎo)致螺栓的附加應(yīng)力，螺栓的總拉應(yīng)力會(huì)增加，這樣等效應(yīng)力就會(huì)增加了。這個(gè)時(shí)候可以認(rèn)為扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力幾乎保持不變。

? 即使施加 100 kN 的軸向拉力（相當(dāng)于 M16-12.9 螺栓屈服點(diǎn)拉力的約 60%），也無法達(dá)到裝配過程結(jié)束時(shí)的總應(yīng)力狀態(tài)。

裝配過程后螺栓的松弛量尤其取決于螺栓連接的幾何設(shè)計(jì)和摩擦條件，表面狀態(tài)。因此，無法提供普遍有效的信息。試驗(yàn)證明等效應(yīng)力最多可能降低 10%。

系統(tǒng)的這種緩解是即使在過彈性預(yù)應(yīng)力螺栓連接的情況下也不必?fù)?dān)心影響使用壽命的主要原因之一：

當(dāng)扭轉(zhuǎn)應(yīng)力下降到原始值的 50%時(shí)--這種數(shù)量級(jí)的下降可以被多次發(fā)現(xiàn)（甚至在橫向剪切力載荷下這種下降可能會(huì)達(dá)到更大）。因此，由于扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力的下降，此時(shí)即使螺栓附加拉力 F_SA相對(duì)較高，螺栓的屈服強(qiáng)度一般也不會(huì)再次達(dá)到。

由此可見，螺栓即使擰緊到超彈性（過屈服），再受到較大外拉力，螺栓一般也不會(huì)繼續(xù)產(chǎn)生屈服。從另外一個(gè)方面來說，即使受到外力產(chǎn)生屈服，那么，只要后續(xù)的外力不會(huì)比第一次大，再往后也就不會(huì)讓螺栓繼續(xù)產(chǎn)生屈服了。

螺絲君經(jīng)驗(yàn)與總結(jié)

L.S.ENGINEER Experience and Summary

1、螺栓裝配后，在拆卸套筒后，螺栓連接系統(tǒng)就會(huì)發(fā)生嵌入損失，造成螺栓的應(yīng)力下降。

2、螺栓裝配后，在承受外載荷，特別是橫向剪切載荷作用后，螺栓連接的扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力會(huì)下降，按照VDI 2230標(biāo)準(zhǔn)要求會(huì)下降50%以上。

3、由于螺栓連接系統(tǒng)相對(duì)剛度的影響（例如VDI 2230計(jì)算時(shí)候，F(xiàn)SA=Φen*FA，由于Φen非常小，按照VDI 2230例題1中數(shù)據(jù)可達(dá)0.056，因此即使非常大的外載荷，螺栓實(shí)際增加的預(yù)緊力非常小），即使承受比較大的外部拉力，螺栓增加的載荷不會(huì)太大。

4、退一步，萬一超過了螺栓的屈服，只要后續(xù)載荷比第一次載荷，螺栓也不會(huì)繼續(xù)發(fā)生屈服。

綜上所述，螺栓即使過屈服擰緊，完全可以繼續(xù)承受比較大的外部拉力。

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