南京擰克化工機械有限公司

來源：金屬加工

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相信大家都聽說過，德國工人擰螺栓有一個擰三圈回半圈的說法，好多人都不知道是什么原因，今天我們就來分析一下：

先來看個視頻，注意看，真的是擰三圈回半圈呢

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德國人對于工匠精神的嚴謹與執(zhí)著讓國人稱贊。有些朋友會問直接擰兩圈半不就完了嘛？但是事實是這樣的嗎？

在多數(shù)的德國高端機械設(shè)備的工廠里，對于特殊部位組裝時，關(guān)于擰螺絲，是有嚴格的操作手冊指導(dǎo)完成的，施加多大的扭矩都有明確規(guī)范。

其實，螺絲在擰緊后，為了防止松動，應(yīng)額外施加一個預(yù)緊力，因此松半圈后預(yù)緊力將消除，螺絲在擰緊后處于彈性形變中，尤其是在高溫和震動載荷的情況下，長期這樣持續(xù)壓力會產(chǎn)生蠕變，螺絲變成塑性變形后，其強度會大幅下降甚至失效。退回半圈是讓彈性形變恢復(fù)一些，同時消除預(yù)緊應(yīng)力，以后螺絲在持續(xù)壓力的變形還是在彈性形變之中，產(chǎn)生塑性應(yīng)變和失效的幾率大幅降低，使螺絲能保持持續(xù)高強度的壓力，而直接擰兩圈半是達不到這樣的效果。

再來講述一個細節(jié)故事：同樣品牌型號的汽車有原裝進口和國內(nèi)組裝之分。在國內(nèi)組裝時一個細節(jié)讓管理者相當頭疼，德國原裝時，工人擰螺絲嚴格按照作業(yè)指導(dǎo)書的要求執(zhí)行進三圈再退回半圈；在中國組裝工廠也同樣這樣要求，但組裝工人在最后回半圈時偷懶的比較多，但這是肉眼看不到的差異，隨著時間的推移，那個半圈的影響就顯現(xiàn)出來了。同樣的汽車型號，國產(chǎn)車的某些部位明顯比進口車故障和維修率高。

擰緊過程的簡要分析

1、541規(guī)則（即50%、40%、10%）

參見圖A：通常情況下，在螺栓的擰緊過程中，實際轉(zhuǎn)化為螺栓夾緊力的扭矩僅占10%，其余50%用于克服螺栓頭下的摩擦力，40%用于克服螺紋副中的摩擦力，這就是“541”規(guī)則，主要反映夾緊力與摩擦力之間的關(guān)系。但若施加一定的改善措施（如涂抹潤滑油）或螺紋副中存有缺陷（如雜質(zhì)、磕碰等），該比例關(guān)系會受到不同影響而改變。

圖A、541規(guī)則

2、螺栓連接件的特性

圖B：螺栓連接件特性

擰緊過程的主要變量

1. 扭矩（T）：所施加的擰緊動力矩，單位牛米（Nm）；

2. 夾緊力（F）：連接體間的實際軸向夾（壓）緊大小，單位牛（N）；

3. 摩擦系數(shù)（U）：螺栓頭、螺紋副中等所消耗的扭矩系數(shù)；

4. 轉(zhuǎn)角（A）：基于一定的扭矩作用下，使螺栓再產(chǎn)生一定的軸向伸長量或連接件被壓縮而需要轉(zhuǎn)過的螺紋角度。

德國連接專家清晰講解螺栓計算動畫演示

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螺栓擰緊的控制方法

1. 扭矩控制法

定義：當擰緊扭矩達到某一設(shè)定的控制扭矩時，立即停止擰緊的控制方法。

優(yōu)點：控制系統(tǒng)簡單、直接，易于用扭矩傳感器或高精度扭矩扳手來檢查擰緊的質(zhì)量。

缺點：控制精度不高（預(yù)緊力誤差±25%左右），也不能充分利用材料的潛力。

2. 扭矩-轉(zhuǎn)角控制法

定義：先把螺栓擰到一個不大的扭矩后，再從此點開始，擰一個規(guī)定的轉(zhuǎn)角的控制方法。

優(yōu)點：螺栓軸向預(yù)緊力精度較高（±15%），可以獲得較大的軸向預(yù)緊力，且數(shù)值可集中分布在平均值附近。

缺點：控制系統(tǒng)較復(fù)雜，要測量扭矩和轉(zhuǎn)角兩個參數(shù)；且質(zhì)檢部門也不易找出適當?shù)姆椒▽Q緊結(jié)果進行檢查。

3. 屈服點控制法

定義：把螺栓擰緊到屈服點后，停止擰緊的一種方法。

優(yōu)點：擰緊精度非常高，預(yù)緊力誤差可以控制在±8%以內(nèi)；但其精度主要取決于螺栓本身的屈服強度。

缺點：擰緊過程需要對扭矩和轉(zhuǎn)角曲線的斜率進行動態(tài)的、連續(xù)的計算和判斷，控制系統(tǒng)的實時性、運算速度等都有較高的要求。

據(jù)說德國工人擰螺栓有一個擰三圈回半圈的說法，好多人都不知道是什么原因。

德國人對于工匠精神的嚴謹與執(zhí)著讓國人稱贊。有些朋友會問直接擰兩圈半不就完了嘛？但是事實是這樣的嗎？

在多數(shù)的德國高端機械設(shè)備的工廠里，對于特殊部位組裝時，關(guān)于擰螺絲，是有嚴格的操作手冊指導(dǎo)完成的，施加多大的扭矩都有明確規(guī)范。

螺絲在擰緊后，為了防止松動，應(yīng)額外施加一個預(yù)緊力，因此松半圈后預(yù)緊力將消除，螺絲在擰緊后處于彈性形變中，尤其是在高溫和震動載荷的情況下，長期這樣持續(xù)壓力會產(chǎn)生蠕變，螺絲變成塑性變形后，其強度會大幅下降甚至失效。退回半圈是讓彈性形變恢復(fù)一些，同時消除預(yù)緊應(yīng)力，以后螺絲在持續(xù)壓力的變形還是在彈性形變之中，產(chǎn)生塑性應(yīng)變和失效的幾率大幅降低，使螺絲能保持持續(xù)高強度的壓力，而直接擰兩圈半是達不到這樣的效果。

再來講述一個細節(jié)故事：同樣品牌型號的汽車有原裝進口和國內(nèi)組裝之分。在國內(nèi)組裝時一個細節(jié)讓管理者相當頭疼，德國原裝時，工人擰螺絲嚴格按照作業(yè)指導(dǎo)書的要求執(zhí)行進三圈再退回半圈；在中國組裝工廠也同樣這樣要求，但組裝工人在最后回半圈時偷懶的比較多，但這是肉眼看不到的差異，隨著時間的推移，那個半圈的影響就顯現(xiàn)出來了。同樣的汽車型號，國產(chǎn)車的某些部位明顯比進口車故障和維修率高。

擰緊過程的簡要分析

1、541規(guī)則（即50%、40%、10%）

如下圖，通常情況下，在螺栓的擰緊過程中，實際轉(zhuǎn)化為螺栓夾緊力的扭矩僅占10%，其余50%用于克服螺栓頭下的摩擦力，40%用于克服螺紋副中的摩擦力，這就是“541”規(guī)則，主要反映夾緊力與摩擦力之間的關(guān)系。但若施加一定的改善措施（如涂抹潤滑油）或螺紋副中存有缺陷（如雜質(zhì)、磕碰等），該比例關(guān)系會受到不同影響而改變。

2、螺栓連接件的特性

擰緊過程的主要變量

①扭矩（T）：所施加的擰緊動力矩，單位牛米（Nm）；

②夾緊力（F）：連接體間的實際軸向夾（壓）緊大小，單位牛（N）；

③摩擦系數(shù)（U）：螺栓頭、螺紋副中等所消耗的扭矩系數(shù)；

④轉(zhuǎn)角（A）：基于一定的扭矩作用下，使螺栓再產(chǎn)生一定的軸向伸長量或連接件被壓縮而需要轉(zhuǎn)過的螺紋角度。

螺栓擰緊的控制方法

1. 扭矩控制法

定義：當擰緊扭矩達到某一設(shè)定的控制扭矩時，立即停止擰緊的控制方法。

優(yōu)點：控制系統(tǒng)簡單、直接，易于用扭矩傳感器或高精度扭矩扳手來檢查擰緊的質(zhì)量。

缺點：控制精度不高（預(yù)緊力誤差±25%左右），也不能充分利用材料的潛力。

2. 扭矩-轉(zhuǎn)角控制法

定義：先把螺栓擰到一個不大的扭矩后，再從此點開始，擰一個規(guī)定的轉(zhuǎn)角的控制方法。

優(yōu)點：螺栓軸向預(yù)緊力精度較高（±15%），可以獲得較大的軸向預(yù)緊力，且數(shù)值可集中分布在平均值附近。

缺點：控制系統(tǒng)較復(fù)雜，要測量扭矩和轉(zhuǎn)角兩個參數(shù)；且質(zhì)檢部門也不易找出適當?shù)姆椒▽Q緊結(jié)果進行檢查。

3. 屈服點控制法

定義：把螺栓擰緊到屈服點后，停止擰緊的一種方法。

優(yōu)點：擰緊精度非常高，預(yù)緊力誤差可以控制在±8%以內(nèi)；但其精度主要取決于螺栓本身的屈服強度。

缺點：擰緊過程需要對扭矩和轉(zhuǎn)角曲線的斜率進行動態(tài)的、連續(xù)的計算和判斷，控制系統(tǒng)的實時性、運算速度等都有較高的要求。

素材來源：ASME、金屬加工、金蜘蛛緊固件網(wǎng)整理