固件机械性能常用

1紧固件机械性能常用术语扭矩(Torque)扭矩是一种产生旋转的力量.下面是一些最普通的扭矩的事例:1.给表上弦2.旋开瓶盖3.旋转门把手4.拧入螺丝.扭矩在大多数的应用场合都需要着重考虑.下面四种扭矩有着些微小的差别.1.驱动扭矩(DrivingTorque)2.锁紧扭矩(SeatingTorque)3.松动扭矩(BreakawayTorque)4.预置扭矩(PrevailingTorque)所有这些扭矩在实际应用中都会遇到,但不同的使用状况其重要性不相同.1.驱动扭矩—使机件组合在一起必须的施予之旋转力量.2.锁紧扭矩—使机件组合达到预先设定的松紧程度所需要的力量.3.松动扭矩—使组合在一起的机件分离所必需要的施予之旋转力量.4.预置扭矩—在紧固件上设置的一种特性,使紧固件在一锁入配合螺纹工件即因磨擦力产生阻力以达成防松的目的,克服该磨擦力矩所需要的驱动旋转力矩即称为预置扭矩.驱动力矩:驱动扭矩在螺丝切削,螺丝滚制和自锁机件应用中是主要考虑的问题.作为旋转机件必须的最大力,要求是必须的.过高的驱动扭矩会使旋转失效和旋转失败,所有这些将增加紧固件的成本,所以尽可能地降低驱动扭矩是十分必要的.这需求就引导出另一个工程要求”驱动-拉脱比”.它是驱动紧固件需要的扭矩值与抗脱或破坏所配合的内螺纹所需扭矩值的关系,此值范围越大,越有利于减少装配不良,重复装配和降低相应的成本,紧固件便越适用.对于螺纹滚制自攻螺丝而言,其要求的驱动-拉脱比(DrivetoStripRatio)为1:3,即有一个单位的驱动扭矩,就需要有三个单位的抗拉脱强度的配合螺纹强度.锁紧扭矩:锁紧扭矩是将紧固件旋至所要求的松紧程度或扭力-拉力值的力量.它以一个最大值表示.这就是说在小于规定的最大扭矩作用于应该得到指定的松紧度或夹紧力,这在任何情况下都是十分重要的.因为紧固件应该能够适当锁紧以保证正常的装配,但这不应该过度增加扭矩.过度的扭矩要求会造成驱动系统的失效,增加劳动强度,配合的失败,所有这些都会造成紧固件费用的增加.松动扭矩:松动扭矩是指将紧固件由锁紧状态松开时的旋转力量.这在紧固件容易松动的状况下最具实际意义.松动扭矩一般和自锁紧固件相关(不仅是自锁紧固件,防松用紧固件都在内),它以一个最小值来表达,就是说紧固件不能以小于松动扭矩的力矩脱离组装件。2预置扭矩:从技术上来讲,预置扭矩是一种对旋转力矩的的反力矩(ResistancetoRotation).它通常是指将以固锁但尚未锁紧的紧固件旋出时的力矩.像松动扭矩一样,预置扭矩用于容易松动的场合,它的规定值亦为最小值.在小于规定扭矩的作用下紧固件必须固锁(但不一定锁紧)而不能转动,每一个紧固件都要求有一定的扭矩来驱动,这是预置扭矩的”驱动扭矩”,每一个预置扭矩紧固件都要求有更大的扭矩来锁紧,以确保适当的固锁状态,这是”锁紧扭矩”.每一个紧固件都需要有一定的扭矩将它从固锁状态松开,这就是”松动扭矩”.每一紧固件都需一定扭矩将它从未锁紧但尚固锁的状态下取出,这就是预置扭矩.扭矩的测试单位是磅-英寸(inpounds)或磅-英尺(footpounds).1磅-英寸就是一磅的力作用在垂直于旋转中心1英寸距离处产生的力量.2磅-英寸就是2磅的力作用在垂直于旋转轴心1英寸距离或1磅的力作用于2英寸处所产生的力量.由此,可得出力矩=轴心到扭力的垂直距离x力磅-英寸除以12便得到磅-英尺,反之,磅-英寸乘以12即为磅-英尺,单位的选择要根据数值的大小.例如,我们通常会用100磅-英尺,而不用1200磅-英寸.注:磅-英寸和磅-英尺均是技术上所用的正确单位.但我们经常会写成英寸-磅和英尺-磅.扭矩是产生转动所必须的力.它是作用在臂末端使物体产生旋转的力量.抗拉强度(TensileStrength)抗拉强度是指材料在外力拉伸下抵抗破断的能力.你是否有过将橡胶条拉断的经验呢?如果有,那么你就是在测试橡胶条的抗拉强度.紧固件的抗拉强度也是一样的,它是紧固件能够承受的施加在其上而不会使其破断的抗拉值.抗拉强度是紧固件最普通的一种物理性质.它是紧固件的极限强度(UltimateStrength).也是紧固件在应用时考虑的其承载荷重能力(LoadBearingAbility)的基本指标.抗拉强度用磅/英寸2表示(PSI).它是指平均分配在紧固件最小径截面积上(Cross-SectionalofminorDiameter)可施予紧固件承受的力量.例如,紧固件的破断拉力为100,000磅,它的最小径断面积为1平方英寸,那么此紧固件的抗拉强度是100,000PSI.意即:抗拉强度=力/面积=100,000磅/1平方英寸=100,000PSI抗拉强度是紧固件抵抗轴向拉力(AxialTensile)的能力.它表明了紧固件承受轴向拉伸负荷的能力.抗拉强度通常是指极限抗拉强度(UltimateTensileStrength,UTS).因为紧固件的降伏强度(YieldStrength)和保证荷重(ProofLoad)与它的抗拉强度有关,所以我们会在后面加以讨论.3降伏强度(YieldStrength)理论上,每一个轴向拉力都将使紧固件产生不同程度的伸长.因为既有的金属均有其弹性模数(DegreeofElasticity,或称为杨氏模数Young’sMoulde)存在,通常将负荷去除,紧固件就会恢复到原来的长度.当紧固件无法恢复其原长时的负荷值即为其降伏点(YieldPoint).降伏点是紧固件承受轴向负荷时开始产生塑性变形的那一点.在紧固件行业,我们真的希望它能在其弹性极限范围内使用,以确保联接的安全性,而不希望将它拉伸到降伏点来使用.因为这会降低紧固件的有效性.当紧固件被拉伸到其降伏点后便无法收缩回到原的长度.这种收缩提供了紧固件连接时的有效锁紧力.我们可以清楚看到紧固件是如何锁紧及如何发挥功效的.假想一个紧固件就如一个一圈圈缠紧的弹簧.想象一个用弹簧拉紧的门,当弹簧没有超过其降伏点时,它可以有效地将门闭紧.但当弹簧被过度拉伸而无法恢复到原来的长度时,弹簧将会失效而无法将门闭紧.但当弹簧被过度拉伸时,便会到达其降伏点,此时弹簧将会失效而无法将门拉紧.弹簧便失去了其原有的拉力.紧固件也是如此,一但被过度拉伸,便会失去原有的拉力.一般而言,降服强度等于于极限抗拉强度的25%.紧固件的降伏点是指它承受轴向负荷产生永久伸长的那一点.译注:降伏强度与抗拉强度的关系并非一成不变的25%,一般而言,同一种材料的抗拉强度越高(不管是加工硬化或是热处理造成),降伏强度与抗拉强度的比值会升高,延展性则降低,比如4.6级的螺栓,由于冷锻后延展性无法达到30%要求,因此必需退火,此时降伏强度与抗拉强度均降低,降伏强度与抗拉强度大约为45-50%,冷锻后5.6级螺栓冷锻后不作任何处理,降伏强度与抗拉强度大约为35-40%,至于8.8级螺栓冷锻后作调质热处理,降伏强度与抗拉强度大约为20-25%,10.9级及12.9级螺栓冷锻后作调质热处理,降伏强度与抗拉强度大约为10-20%.保证荷重(ProofLoad)保证荷重是紧固件不产生永久伸长的所能承受的最大轴向拉力,我们再以弹簧为例,假设紧固件为一根弹簧,我们可以想象将弹簧拉到不使它产生永久伸长的最大长度,就是说到去除负荷后紧固件可以恢复到它原来的长度.这就表明了紧固件的降伏点和保证荷重的关系十分密切.理论上讲,就像在一个范围内有两个相邻的点,一个比另一个小一点点,那么这个比较小的值就是保证荷重,另一个比较大的就是降伏点.因为两点相距太近,在实际应用上我们将它们视为等同.碳钢类紧固件的保证荷重是其最大抗拉强度的75%.例如,碳钢类紧固件的抗拉强度是100,000PSI,那么它的保证荷重即为其降伏点,是75,000PSI.保证荷重的知识和意义对于业务人员很重要,因为有时他会被要求提供紧固件在实际应用时可承受的拉力和荷重.记住一般的原则是:施加保证荷重的75%的力,可以获得最佳功效.这是紧固件在使用时关于其拉力的通用原则.比如我们刚才提到的紧固件,其抗拉强度是100,000PSI,因为保证荷重为抗拉强度的75%,故其保证荷重为75,000PSI,若客户问你”这支螺栓可以承受多4大的拉力使用”时,你应该回答”保证荷重的75%或(25,000*75%)56,250PSI.保证荷重是紧固件不产生塑性变形所能承受的最大的力.记住下列三个重要的原则:1.碳钢的保证荷重是其抗拉强度的75%.2.将紧固件锁紧到其保证荷重的75%将发挥其最大功效.3.一般须将紧固件锁紧至其抗拉荷重的50%-60%,以保证其功效.译注:保证荷重依规定依照公称尺寸及产品级数为一个固定值,紧固件在承受荷重到此一规定值时不可产生任何可能造成组装失败的变形.同样的,保证荷重与抗拉强度的关系并非一成不变的25%,与上一段的批注相同.扭矩与伸长(Torque-Tension)扭矩与伸长的关系:扭矩与伸长的关系是指当施加扭矩于紧固件时会产生伸长及抵抗力.扭矩与抗力的关系在应用上非常重要,如前所述,业务人员通常会建议客户以保证荷重的75%的拉力锁紧紧固件.客户接下来就会问”要达到这一拉力需要多大的扭矩?”,在回答问题之前你必须清楚为什么一些客户提出的这个问题是合理的.在使用紧固件时我们首先考虑的是施加适当的拉力.既然如此,客户为什么还会问到扭矩呢?因为紧固件在使用时是施加扭矩将其锁紧的,因此测定扭矩比测定其实际的拉力值要方便.现在你知道为什么这是一个很有意义的问题了吧?你可以考虑答案了,首先扭矩和抗力有不同的关系.下面是会影响其相互关系的一些状况:1.紧固件的表面状况(本色或电镀)2.螺纹配合的表面状况3.承面状况4.螺纹等级5.螺纹类型6.紧固件的强度7.与之配合的材料强度8.润滑状况所有上述这些差异都将影响在实际使用过程中扭矩与抗力的关系.业务人员应注意千万不能为客户推测扭矩与抗力的关系.显然,业务人员很难解决这样一个复杂的问题.业务人员的职责是了解紧固件的实际使用状况,并反馈回来以便我们能够最好地解决客户的问题.如果遇到有关扭矩的问题,你应该了解:51.紧固件如何使用.2.紧固件用什么材料制成.3.你将使用何种类型的紧固件.4.你需要多大的拉力(夹紧力).5.使用什么样的表面被覆.6.你计划使用何种润滑.7.其它你认为比较重要的使用状况.可能的话,尽量取得所使用的紧固件装配的样品.对扭矩拉力的一般性的了解是很重要的.扭矩拉力是指施加扭矩于紧固件上时会产生拉力.扭矩拉力的另一个相关的概念是夹紧力.这将在后面加以讨论.锁紧力(ClampForce)锁紧力是紧固件锁紧物体时作用于被锁紧面(即承面)的力.在应用中,作用于被锁紧面的力的大小完全与紧固件所受拉力相等;事实上,配件中扭矩锁紧力的关系与紧固件的扭矩应力关系比率完全相同.扭力在大多数应用中非常重要,是因为紧固件中适当的拉力能确保正确装配;记住:制定扭矩-应力关系图并非销售人员的职责.但绝不是说销售人员可以逃避这些问题,而是应该由销售人员收集必要信息交给相关部门,以便提供最好可能答案.剪切强度(ShearStrength)剪切强度是当紧固件在垂直于轴向负荷而产生的阻止变形的能力.您也许曾在击高尔夫球时将球头折断或至少看到别人这样过.您也许注意到球杆碰击球时,当球飞出的同时球头也落地情况,大家说:球头被球杆剪落.事实上,您无意中做了球头剪切强度测试,您可以看到球头是否可承受球杆作用于垂直于其轴线方向的力.高尔夫球头制造时因此要使剪切强度小到不能影响击球.当紧固件应用于受垂直于轴向载荷时,务必考虑其剪切强度.不同于高尔夫球头的是紧固件必须要能承受这些载荷以完成工作.剪切强度通常估计为抗拉强度2/3大小,因此如紧固件抗拉强度为180,000PSI,剪切强度则为120,000PSI;换句话说,紧固件应能承受120,000PSI的垂直于其轴向的载荷.通常剪切力发生在:紧固件垂直钉在两块重迭的平行材料上,同时两块材料所受力方向相反时.只有当紧固件剪切强度大于这个力时紧固件不会失效.6疲劳强度(FatigueStrength)疲劳