铝制螺纹的拧紧力矩计算

啊哈哈哈哈

最近工作原因计算了下拧紧力矩，突然发现自己多年下来积攒的观念是错的。
正确结果为：螺纹材质不同时，其拧紧力矩也是不同的，钢制螺栓拧入铝件时，所需的拧紧力矩要比钢件要大不少。

说来惭愧，对于拧紧力矩一直都是拿别人计算好的结果。对于过程从来不求甚解，也不知道在之前的工作中留没留下隐患。
在这里把计算程序和结果与大家分享，希望大家避免我犯的错误。另外如果计算程序或者结果有错误，也请指正。
公式来源《机械设计》濮良贵著 P69页

另外我认为铝制螺纹不能简单认为首圈承受1/3的载荷。
由于铝的模量与钢相差较大，铝作为外圈时，应该受力更均匀些。但是简单的仿真一下发现结果并不明显。
因此计算程序中的螺纹强度结果准确性目前还存疑，各位当个参照就好。
有路过的大拿也帮忙指条路。

EXCEL截图如下（不太会用，不知道各位能不能看到）

啊哈哈哈哈

机械设计这本书里面简化公式T≈0.2FD给的摩擦系数钢与钢之间的，因为铝和钢的摩擦系数与钢与钢之间不同，不能偷懒直接拿过来用。
网上的那些计算结果也都是按照这个简化公式计算的结果。

另附计算结果，计算出来的结果与之前实际产品的参数基本是相同的。
但是不推荐使用10.9强度的螺栓配铝材质螺纹，铝强度较弱，过大的预紧力会导致螺纹失效。

Tsaohuan

铝材的，用4.8级的螺栓即可。不用8.8的

啊哈哈哈哈

Tsaohuan 发表于 2019-11-18 09:11
铝材的，用4.8级的螺栓即可。不用8.8的

对的，理论上是没错的，铝件应该配4.8。
但是汽车工业里面的结构螺栓强度要求8.8级起，这句话来源是哪里我记不住了，但是我前单位和现单位都是这么执行的。

Tsaohuan

啊哈哈哈哈 发表于 2019-11-18 14:47
对的，理论上是没错的，铝件应该配4.8。
但是汽车工业里面的结构螺栓强度要求8.8级起，这句话来源是哪里 ...

那当然，汽车零部件用8.8级的螺栓比较好。工程机械履带板的用12.9级的

发脾气的猪

原理性问题，紧固物体需用多大扭矩和螺丝可以承受多大扭矩无关。而且高强度螺栓在软金属螺母上用，要考虑螺母强度而不是螺栓。

啊哈哈哈哈

重新建模仿真了下，M8螺栓与外部螺纹配合、预紧力10000N，螺纹有效深度16.
一样的条件下，只换外螺纹的材质。
得到结果如图所示


左边应力小的附的铝，右边应力大的材质附的钢。

这个结果和我之前猜想的结果一致，铝螺纹的应力会比钢制螺纹的应力更加均布。
所以常用的铝材，6061T6 ADC12这种，两倍直径的有效螺纹深度，按照我给出的方式计算拧紧力矩是OK的。

感觉可以完善下结果，在企业内部水一篇论文了 。

啊哈哈哈哈

螺纹收口建模我没弄好，试过一次反倒出现应力集中，所以这次螺纹我是直接切断的。
应力集中区域也是在切口处。

lzemg007

资料很好，多谢楼主分享

wanghao2008z

铝降级使用，实际最好做试验验证

yugenhui

实际加工配合后与理论上是有差距的，10楼建议是对的！今年测过锁紧扭力跟旋松扭力，跟理论计算差距有点多，建议降级！

啊哈哈哈哈

wanghao2008z 发表于 2019-11-30 22:15
铝降级使用，实际最好做试验验证

嗯，是应该先验证一下，直接按理论上有点莽。

另外推荐一个德标VDI2230，一个高强度圆柱螺栓系统的计算。
里面对受力和强度计算的很细，都有推导公式。
标准本身文件太大了，网上也好查到我就不传了，各位自己搜一下。


贴张标准里的图给大家看看。

Si.Zhang

拧紧扭矩和破坏扭矩应该是不同概念

一个外行

好东西啊，多谢了！

Allen_zhang

VDI 2230有详细版么，里面比较详细。。。。。。

周上焜

楼主有没有可以总结一下呢，M1.6~M10的

好大一棵树

有没有计算过 加钢丝螺套后的影响呢？  现在新能源上用的要求10.9级吧

啊哈哈哈哈

Si.Zhang 发表于 2020-4-1 09:28
拧紧扭矩和破坏扭矩应该是不同概念

我认为和使用应力和许用应力的关系比较像。
拧的越紧固定效果越好，但是也越容易失效，所以按材料的许用应力给一定安全余量，剩下的就是拧紧力矩。
书里也是这么个思路。

啊哈哈哈哈

好大一棵树 发表于 2020-6-4 15:00
有没有计算过 加钢丝螺套后的影响呢？  现在新能源上用的要求10.9级吧

已经10.9了吗，这个是普遍要求还是某一整车厂的要求？离开零部件厂几年了，感觉落伍了。

加钢丝螺套按常用的拧紧力矩（钢对钢）来就行。