螺纹摩擦对螺栓轴向力-伸长量特征曲线的影响

贾金龙, 刘文敏, 张桂明

(1. 泛亚汽车技术中心有限公司, 上海 201201; 2. 上海汽车集团股份有限公司技术中心, 上海 201804)

汽车底盘结构件广泛采用螺栓紧固的连接方式，其具有连接强度高、拆卸方便等特点。设计一个可靠的紧固系统需要考虑的因素有很多，如选材、受力特点、拧紧工艺和环境等,其中受力特点的分析尤为关键。螺栓紧固系统的基本作用是将两个以上零件紧固成一个整体，并保证在该系统服役过程中不能有松动或任何子零件失效现象[1-2]。随着汽车轻量化的发展，汽车行业开始考虑使用更高强度的螺栓或使螺栓发挥到最大效能，其中将螺栓装配至屈服被广泛采用，这样可以发挥出螺栓的最大潜力，用直径较小的螺栓替代直径较大的螺栓从而减轻汽车整体质量。

当给一个紧固系统的螺栓施加扭矩时，螺栓会产生一定的轴向力(对于被紧固零件而言是夹紧力)，而夹紧力的大小与施加的总扭矩、支承面摩擦、螺纹摩擦及螺栓的尺寸有关。目前行业中公认的是5-4-1法则，即施加一个总扭矩，其中50%消耗在支承面摩擦上，40%消耗在螺纹摩擦上，剩下的10%产生了夹紧力。如果摩擦力因为涂油而减小，那么轴向力就会增加，极限情况下会导致螺栓断裂。

笔者基于超声波技术[3-4]，根据VDI 2230 Part1：2015SystematicCalculationofHighlyStressedBoltedJoints(JointswithOneCylindricalBolt)的技术要求，研究了单向拉伸和扭转拉伸两种状态下螺栓的轴向力-伸长量特征曲线，及扭转拉伸复合状态时不同螺纹摩擦力下螺栓的轴向力-伸长量特征关系，总结了螺纹摩擦对于螺栓弹性段曲线斜率和螺栓屈服点的影响规律。……