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评价汽车用螺栓的重要参数
原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-28 原文发表:2007-06-28 人气:4
本文章共4144字，分3页，当前第1页，快速翻页：
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[摘要] 介绍了评价螺栓的一个重要的参数——使用系数及其计算方法和评判标准。通过螺栓的拧紧试验，分析影响汽车用螺栓使用系数的主要因素，并对提高使用系数的方法进行了探讨。
关键词：螺栓 使用系数
引言
螺栓在汽车上被大量应用，从车轮螺栓、发动机固定螺栓到连杆螺栓、缸盖螺栓，从普通标准件到12.9级的高强度螺栓，各种螺栓在紧固着汽车上各种运动件和承受大应力的联接件。为了保证螺栓的使用性能和质量，各国制定了大量的检验标准。GB3098 系列的14 个标准就是关于螺栓的国家标准中的一部分。由于影响螺栓拧紧性能的因素太多，即使有如此之多的标准和检查方法，但仍不能完全控制螺栓的质量，无法全面地评价螺栓的品质。为了更全面地评判螺栓并保证其质量和使用性能，国际先进的汽车公司提出了螺栓的使用系数（USE COEFFICIENT）Ku。
1 螺栓的拧紧试验
由于螺栓的使用系数与拧紧试验紧密相关，所以在讨论使用系数之前有必要介绍一下螺栓的拧紧试验。
图1 螺栓的拧紧试验原理图
螺栓的拧紧试验原理如图1 所示。电机带动拧紧装置（如套筒）拧紧螺纹紧固件，同时利用力传感器、角度传感器和扭矩传感器测出螺纹紧固件的紧固力、转动的角度（转角）、扭矩（螺纹部位的扭矩、头部支承面的扭矩和总扭矩）、摩擦系数（螺纹部位的摩擦系数、头部支承面的摩擦系数和总摩擦系数）。传感器的信号通过A-D 转换输入到计算机，计算机用适当的软件处理后打印出紧固力－转角曲线（图2）、扭矩－转角曲线（图3）和紧固力、扭矩及摩擦系数的统计学处理的数据。
图2 紧固力-转角图 图3 扭矩-转角图
通过拧紧试验，可以得到常规机械性能试验所无法得到的重要信息，其中最大扭转断裂强度就是与高强度螺栓使用系数相关的一个重要参数。其他参数与本文讨论的内容关系不大，故不再赘述。
2 螺栓使用系数Ku 的定义
螺栓使用系数Ku（以下简称“Ku 值”）的定义是最大扭转断裂力（强度）Tra与最大拉伸断裂力（强度）Trt 之比：
Ku 值反映了螺栓被拧紧时由于扭转应力的影响而造成螺栓拉伸力的减小程度。若Ku 的最大值为1（即扭转应力几乎为0），则螺栓提供的预紧力就等于拉伸试验所得到的轴向力。
在几何条件相同的情况下，Ku 值主要取决于螺纹和螺母的表面状况（粗糙度、表面处理、润滑等）。但实际上由于材料、加工设备和加工工艺的变化，螺栓和螺母的几何条件也不尽相同，所以Ku 值也要受到这些因素的影响。需要特别说明的是Ku 值与螺栓的强度级别没有直接关系，强度级别高的螺栓Ku 值未必高。反之，强度级别低的螺栓，其Ku 值未必就低。以下将通过试验和统计学分析进一步讨论这个问题。因此，Ku 值是反映螺栓的材质、加工精度、表面状况（粗糙度、表面处理、润滑等）和配对螺母等情况的一个综合参数，它比较全面地揭示了影响螺纹联接效果的本质原因和提高螺栓拧紧效果的方法。Ku 值的大小比较全面地反映了螺栓的使用品质，给评判螺栓提供了一个合理的定性分析方法。
使用系数Ku 值的评判标准见表1。Ku 值共分4 个级别，最高级为O 级（optimal），达到最高级的螺栓可用于预紧条件苛刻的车辆和装备上。欲达到O 级的Ku 值，不但要求螺栓有良好的材质、高的制造精度、合适的表面处理和润滑，还要求有同样条件的螺母。这个问题将在后面进行探讨。次高级为G 级（good），一般用于承受循环应力的发动机零件的联接上。普通级N 级（normal）在汽车上应用得最多，普通标准件即属N 级。汽车用螺栓的Ku 值不得低于0.6，低于0.6 的P 级（poor）螺栓属废品，不可使用。表1 使用系数Ku 的评判标准和用途
 同样需要说明的是螺母等其他条件约束着螺栓的Ku 值，所以不可轻易判定某螺栓为P 级。若改变螺母或其他条件可以使Ku 值大于0.6，则这种螺栓还是可以使用的。也就是说，Ku 值是有条件的，我们在计算和使用Ku 值时必须考虑到影响Ku 值的诸因素。同样，我们在进行拧紧试验时也要考虑到Ku 值的影响因素，不可被Ku 值的高或低所迷惑。
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