Page 83 - 理化检验-物理分册2022年第十一期

武 坤, 等: 某型号车轮螺栓拉长和断裂原因

图 4 2 螺栓的断口宏观和 SEM 形貌
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表 4 A 厂家螺栓 +B 厂家螺母摩擦性能的测试结果
试样编号
项目
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
扭矩系数 0.100.130.120.110.160.150.160.130.140.11
屈服扭矩 /( N · m ) 568691622563879836854663710618
屈服夹紧力 / kN 280266260258277278267268262282

3 综合分析

螺栓是用夹紧力将多个零部件结合在一起, 从
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图 5 2 螺栓断口的能谱分析结果
而达到紧固的目的。夹紧力测量困难, 但夹紧力与
2 摩擦性能测试 扭矩有一定的线性关系, 且扭矩容易测量, 因此, 可
用控制扭矩的方法得到合适的夹紧力。扭矩系数、
分别选取 A 厂家螺栓 +A 厂家螺母和 A 厂家
夹紧力和扭矩之间的关系如式( 1 ) 所示。

螺栓 +B 厂家螺母各10 组, 按照 GB / T 16823.3 —
T =KFd ( 1 )

2010 《 紧固件 扭矩 - 夹紧力试验》, 用 SCHATZ 型

式中: T 为扭矩; K 为扭矩系数; d 为螺纹的公称直
力学试验机对试样进行摩擦性能测 试。首先拧紧
径; F 为夹紧力。
螺母至 550N · m ( 装 配 力 矩), 记 录 扭 矩 系 数 等 数

从式( 1 ) 可知, 扭矩系数与夹紧力成反比, 即当
据, 再拧紧 至 螺 栓 产 生 屈 服, 记 录 屈 服 扭 矩、 屈 服
扭矩系数减小时, 夹紧力增大。在螺栓装配中, 扭矩
夹紧力等数据。 A 厂家螺栓 +A 厂家螺母摩擦性
系数减小会使夹紧力超过螺栓的屈服强度, 导致螺
能的测试 结 果 如 表 3 所 示。 由 表 3 可 知, 扭 矩 系
栓拉长变形, 当夹紧力大到一定程度时, 会导致螺栓
数大部分为 0.17~0.19 , 平均扭矩系数为 0.18 , 标
断裂。
准差为 0.009 , 均 符 合 扭 矩 系 数 的 相 应 要 求, 且 一
车轮螺栓实际装配扭矩约为( 550±50 ) N · m ,
致性较好。
表 4 中所测最小屈服扭矩明显低于最大装配扭矩。
表 3 A 厂家螺栓 +A 厂家螺母摩擦性能的测试结果
根据技术要求, 屈服强度最小为900MPa , 计算可知
试样编号 螺栓屈服应力最小约为 255kN , 实际测试螺栓屈服

项目
夹紧力均大于该值, 因此, 可排除材料性能问题。
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将最大装配扭矩 T=600N · m 和螺栓最小屈

扭矩系数 0.170.180.170.180.160.170.160.180.160.16

服夹紧力 F=255kN 代入式( 1 ), 可得最小扭矩系
屈服扭矩 /( N · m ) 899910880974820910802983810791
数 K 约为 0.12 , 即扭矩系数不小于 0.12 可保证力
屈服夹紧力 / kN 266260273274268275262274267258
学性能合格的螺栓不发生屈服拉伸甚至断裂情况。
表 4 为 A 厂 家 螺 栓 +B 厂 家 螺 母 摩 擦 性 能 从摩擦性能测试结果可知: A 厂家螺栓 +A 厂家螺
的 测 试 结 果 , 可 见 扭 矩 系 数 为 0.10~0.16 , 平 母的实测扭矩系数为 0.17~0.19 , 屈服扭矩均大于
均 扭 矩 系 数 为 0.13 , 标 准 差 为 0.02 , 一 致 性 800N · m , 说明螺栓发生屈服现象的可能性小; A

较 差 。 厂家螺栓 +B 厂家螺母有 3 组实测扭矩系数小于
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