Page 29 - 理化检验-物理分册2021年第二期

贾金龙, 等: 普通螺母及自锁螺母对螺栓标定特征曲线的影响

空转距离设置为 60mm 进行标定, 记录扭矩 / 轴向 作用, 两者的合力最终导致螺栓屈服。在螺栓的标
力 / 温度和对角度的曲线。如图 8 所示, 可以看出随 定中, 只有螺栓的轴向力被反映在标定曲线上以提
着螺栓的不断拧入, 温度在不断上升, 温度的上升可 供紧固子系统的夹紧力。由图 5 的试验结果可知,
以看成是线性的。选取 4 个螺栓试样都使用自锁螺 尽管是自锁螺母, 如果是人工已经将螺栓旋转至即
母标定, 图 9 为该 4 个螺栓的标定曲线, 可以看出 4 将贴合压板支承面后记录初始长度, 则标定曲线结
条曲线均向右平移, 但平移的程度不同。表 2 记录 果与普通螺母的是完全重合的。这说明在该状态下
了标定曲线向右偏移的距离与拧紧过程中温度的升 标定, 自 锁 螺 母 的 自 锁 扭 矩 带 来 的 影 响 是 可 以 忽
高值, 可见标定曲线右移的程度与温度升高的幅度 略的。
基本成正比。 如果直接用电动枪拧紧螺栓至自锁螺母中, 则
曲线会整体向右平移, 如图 6 所示。这说明自锁扭
矩影响了标定曲线中的声时差。观察右移的曲线的
起始段, 说明在螺栓已经有一定伸长量的条件下仍
然没有产生轴向力, 或者说轴向力非常小, 相当于螺
栓还没有压紧轴力传感器时已经被拉伸, 显然此时
螺栓的伸长是虚假伸长, 而不是真正的伸长, 造成虚
假伸长的原因是空拧过程中由于自锁扭矩产生的热
量影响了超声波的传播, 反映在曲线上显示螺栓已
经伸长, 说明温度对超声波是有影响的。而对于图
图 8 试验 3 中螺栓的扭矩 / 轴向力 / 温度曲线图
6 中同样也使用了自锁螺母标定, 但标定曲线没有
Fi g 8 Tor q ue axialforce tem p eraturecurvesofboltintest3
右移的原因是虽然拧入自锁螺母时同样会有摩擦导
致发热, 但由于记录螺栓初始长度时已将热量计入
并已清 零, 加 上 螺 栓 标 定 时 间 非 常 短 ( 通 常 不 到

5s ), 所以 温 度 的 影 响 并 没 有 呈 现 在 标 定 特 征 曲
线上。

何存富等提到对于 M24mm×240mm 高强度

-1 。这说
螺栓温度对其轴向力影响是 2~3kN · ℃
明温度的影响是不能忽略的 [ 9 ] 。为了研究温度升高
对标定曲线影响的程度, 试验 2 给出了使螺栓一定
图 9 使用自锁螺母获得的不同标定曲线
长度的有效螺纹通过自锁螺母的试验结果, 如图 7

Fi g 9 Differentcalibrationcurvesobtainedfrom
所示。一定长度的外螺纹拧入自锁螺母时由于摩擦
differentboltswithself-lockin gnut
表 2 标定曲线右移量与螺栓升高温度的关系 生热使得标定曲线右移, 右移幅度的大小与空转距

Tab 2 Therelationshi pbetweentheri g htshiftofcalibrationcurve 离和螺母的使用状态有关, 试验中重复使用螺母( 4

andtherisin g tem p eratureofbolt
号螺栓和 6 号螺栓) 使螺纹摩擦力减小会使曲线右
螺栓 标定曲线 标定曲线右移 拧紧过程温度 平移量与温度
移的幅度远小于空转距离减小( 3 号螺栓和 5 号螺
编号 右移的幅度 的量 / ns 升高值 / ℃ 变化量的比值
栓) 带来的曲线右移的幅度。
7 最小 53 5.5 9.6
由上述分析可知, 空拧中的螺纹摩擦导致螺栓
8 最大 133 11.5 11.5 温度升高从而减小了超声波的波速, 表现为标定曲
9 较大 119 10.4 10.4 线平行右移, 曲线右移幅度的大小取决于拧入自锁
螺母的长度和锁紧扭矩, 这两个因素都与螺纹摩擦
10 较小 88 9.8 9.0
产生热量成正比, 如图 10 所示。表 2 中统计了标定
曲线右移的幅度及拧紧整个过程中螺栓温度升高的
3 试验结果与讨论
大小, 可以看出标定曲线右移的幅度与温度升高的
螺栓在拧紧时受到轴向应力和扭转应力的共同 程度是一致的, 并呈线性比例关系的, 其比值约为
1 1