今天我们来聊一聊螺栓的扭力是如何衰减的，从使用螺栓的原因、螺栓拧紧原理、动态扭矩、静态扭矩和扭力衰减等方面来探讨。

1、为什么使用螺栓？

•装配简单•拆卸方便•效率高•成本低

2、拧紧基本术语与原理

2.1 拧紧及其原理

拧紧原理

螺栓插入被连接件，利用螺母或内螺纹拧紧使螺栓拉伸变形，这种弹性变形产生了轴向的拉力，将被夹零件挤压在了一起，称为预紧力。

理论上，只要产生了足够的夹紧力，完全可以保证被夹零件在震动、高低温等恶劣环境下安全工作，而不必使用涂胶等辅助方法。

2.2 如何拧紧螺栓-扭矩

为了拧紧螺栓, 必须施加力以便拧紧螺母/螺丝。

扭矩（T）=力（F）×力臂（L）

2.3 螺栓连接件中的力

•旋转螺母或螺丝使螺杆受力伸长；

•螺杆伸长产生的夹紧力把连接件夹紧；

•我们需要的是连接件中的夹紧力。

• 90%的扭矩被摩擦力消耗；

• 只有10%的扭矩转化为夹紧力。

夹紧力与摩擦力的关系与影响

螺纹连接状态的分类

定义来源：ISO5393“螺纹紧固件用旋转式气动装配工具性能试验方法”

（国标对应版本为GB/T26547-2011)。

A. 硬连接：到达贴合点后，旋转30°以内达到目标扭矩；

B. 软连接：到达贴合点后，旋转720°（2 圈）以上达到目标扭矩；

C. 中性连接：到达贴合点后，旋转内30°-720°（2 圈内）达到目标扭矩

扭矩的过扭程度受连接件硬度以及工具转速影响。

影响夹紧力的因素

3、动态扭矩及静态扭矩

3.1 动态、静态扭矩的定义

4、扭力衰减

4.1 扭矩衰减的定义

扭矩衰减：拧紧工作完毕后发生在紧固件上的扭矩降低现象即为扭矩衰减，衰减后的扭矩低于目标值但较为稳定，一般在拧紧操作完成后的30ms内会完成60%以上的扭矩衰减。

对于任何连接，随着时间的推移，都会有一定程度的扭矩衰减，一般发生在以下两种情况中：

1、粗糙的表面配合时造成的衰减；

2、软连接中的扭矩衰减。

4.2 扭力衰减的测量流程

静态扭矩会随着时间的推移而衰减（即夹紧力衰减），被紧固件为非金属时尤为明显，而影响静态扭矩的因素较多，与夹紧力之间的线性关系不明显，因此不能通过静态扭矩的值来计算出衰减后的夹紧力，只能通过专业的实验设备来确定衰减后的夹紧力，从而找到紧固特定产品状态下夹紧力与静态扭矩的对应关系，而后静态扭矩可以用来监控生产过程的稳定性。

4.3 静态扭力的测量方法

•方法1 咔哒扳手法（只能作为产品复检手段）；•方法2 返松法；•方法3 标记法；•方法4 拧紧法（T）；•方法5 move on 法（用小角度（2~4度）反推所需扭矩）；•方法6 瞬时松动法（break away）（atlas专利）。

方法1咔哒扳手法（只能作为产品复检手段）

咔哒扳手：只能检测扭矩过低（通常设为扭矩下限的90%）无法准确检测静态扭矩。

因其操作简单，目前生产过程中运用比较多的方法。

方法3标记法

用于：拧紧完成有一段时间，螺栓上的锈蚀或其他原因而导致静态扭矩增加（较少在汽车工业上应用）。

方法4拧紧法（T）

方法5 move on 法

方法6 瞬时松动法

方法6 瞬时松动法（Break away)操作步骤

4.4 扭力衰减的影响因素

扭矩衰减的影响因素很多，如扭矩衰减已导致连接失效，不满足产品要求时，应从设计和工艺角度进行分析、改进。

影响因素举例说明：

1、被装配件的表面粗糙度：材料的变形——局部嵌入。

应对策略：尽量避免部件的表面粗糙度过大。

2、弹性连接材料：尤其是塑料或密封件。

应对策略：
降低最终拧紧的速度；

分步拧紧—如分步骤设置目；

标扭矩60%—80%—100%；

使用拧紧（如至目标扭矩80%）+反松+最终拧紧的方法。

3、过快的装配速度、不合理的装配动作

应对策略：

1）降低最终拧紧的速度分步拧紧—如分步骤设置目标扭矩60%—80%—100%；

2）使用拧（如至目标扭矩80%）+反松+最终拧紧的方法：

①选用合适的工具；

②多轴同步拧紧；

③拧紧的次序。

螺纹联接时紧固力和紧固顺序相当重要，如紧固力与紧固顺序配合不当，表面看起来螺纹其实都以紧固完成，实质上螺纹在经过震动、冲击和交变运动后，很快就会松动。所以在成组螺钉、螺母紧固时，一定按正确的紧固顺序逐次（一般两三次）拧紧螺母。一般第一次紧固力为25%，第二次紧固力为50%，第三次紧固力为100%。

下图为各种联接件的紧固顺序：

长条形零件：从中间开始向两边紧固，防止零件变形。

对称零件：从对角开始紧固，如方形、圆形件。

多孔零件的紧固：从中向四周对称发散进行。

4、其他：如装配过程中的温度（复杂）。

应对策略：

•避免不合理的摩擦；

•避免热膨胀系数不同/相差过大。

4.5 扭矩衰减的改善措施

影响扭矩衰减的因素很多，针对不同的扭矩衰减形式改善措施也不尽相同，综合以上内容，从工艺和设计角度去考虑扭矩衰减的常见改善措施归纳如下，当然，改善措施不局限于以下内容。

设计角度

1.表面粗糙度

表面粗糙度越小，材料表面越光滑，在拧紧后扭矩衰减越小。

2.材料硬度

提高材料硬度，材料表面互相之间嵌入越困难，扭矩衰减也越小。

3.弹性材料

塑料或橡胶等，尽量少采用，如必须采用，应制定周全的拧紧策略，以保证衰减后的夹紧力满足产品要求。

4.螺栓选择

细牙螺栓相比粗牙螺栓螺距更小，螺纹升角也小，在使用中不容易松动，因此采用细牙螺栓扭矩衰减会较粗牙低。

工艺角度

1.拧紧策略

改变拧紧策略，两步拧紧或多步拧紧，在拧紧过程中停顿50ms可释放弹性应变，降低衰减。

2.拧紧速度

当工件被压紧后，毛刺在较大的夹紧力下变形， “变短”夹紧力下降，残余扭矩同步下降拧紧速度越快，毛刺的初始变形越小，残余扭矩下降越多，因此，降低拧紧速度可以降低扭矩衰减。

3.拧紧顺序

把单轴拧紧改成几轴同时拧紧，可降低扭矩衰减；或者采取单轴多步逐渐拧紧到目标扭矩，也可以降低扭矩衰减。