德国人螺丝拧三圈回半圈原理 (德国人拧三圈回半圈)

关于德国人拧螺栓说是要拧三圈回半圈,这个故事不知道流传了多久,直到最近我还看到有公号在传播这类文章。说是什么工匠精神,说什么严谨。那就看看他们是怎么说的吧:

“螺丝在拧紧后,其实为了防止松动,应额外施加一个预紧力,因此松半圈后预紧力将消除,螺丝在拧紧后处于弹性形变中,尤其是高温和震动载荷的情况下,长期这样持续压力会产生蠕变,螺丝变成塑性变形后,其强度会大幅下降甚至失效。退回半圈是让弹性形变恢复一些,同时消除预紧应力,以后螺丝在持续压力的变形还是弹性形变之中,产生塑性应变和失效的几率大幅降低,使螺丝能保持持续高强度的压力,而直接拧两圈半是达不到这样的效果。”

几乎每篇传播的文章或视频里都有这段描述,作为机械领域的人我都看不下去了,写那些文章的人连预紧力都不知道是什么,退半圈是为了消除预紧力?我也只能当笑话看了。但是挡不住人们一遍又一遍地转载。今天我来谈谈这个事情,希望对你有所帮助。

我们知道材料在受拉断裂前,会经历两个过程,一个是弹性变形阶段,一个是塑性变形阶段。对于螺栓也类似。经过多年的经验总结,人类也发掘出了各种各样的螺栓拧紧方法,比如扭矩控制法、旋转角度法、扭矩斜率法、延伸率测量法、加载法和加热法等等,具体每种方法的优缺点我们就不展开了,网上有很多文章的介绍。这些拧紧控制方法有些是在弹性变形阶段控制,有些是应用于塑性变形阶段。

德国人螺丝拧三圈回半圈,中国人拧螺丝对比德国人拧螺丝

弹性区域,毫无疑问,螺栓卸载后,螺丝的伸长还能复原,螺栓没有损坏的情况下可以重复使用;而在塑性区域,螺栓产生了永久伸长,拆卸后就不能再使用了。

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我们知道,在拧紧螺栓施加的扭矩中,90%都用来克服螺纹副和接合面的摩擦了,只有10%的真正转化成了轴向夹紧力。前面提到那些拧紧控制方法其主要目的减少轴向力控制的离散程度。比如我们常用的扭矩控制法,考虑到螺栓/螺母的材质、尺寸精度、粗糙度、表面处理状态、环境温度(湿度)、拧紧速度等的不同,其最终产生的轴向力差异可达3倍之多。但是为了精确控制轴向力,使用其它方法就会费时费力。所以这是一个取舍的过程,具体还是要看你的应用和重要程度。

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除了前面这些拧紧力控制方法之外。针对我们常用的扭矩控制法,为了保证拧紧的稳定性,拧紧的方式也分好多种。比如当被接合面上有多个螺栓需要拧紧时,我们需要采用遵循一定的顺序逐步拧紧的方式(如下图所示)。第一次依次拧紧到规定扭矩的50%左右。第二次依次拧紧到规定扭矩的75%左右。第三次依次拧紧到指定扭矩的100%。建议均匀紧固所有螺栓,避免对一侧的一个或多个螺栓先完全拧紧。

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如果使用多个自动锁紧器进行锁紧,则锁紧顺序可不遵循上图的顺序。但一般分两步:在第一步中,应临时拧紧螺母(50%的拧紧力矩);接下来,最后的拧紧应完成100%的扭矩。这种方法称为两步拧紧法。

在轴向张力传递有延迟且无法获得足够的初始轴向张力的情况下,例如被夹紧的部件中存在软部件(如填料或橡胶),这时应首先用100%扭矩拧紧螺母,然后再用100%扭矩拧紧一次。

当接合面因拧紧而变形(比如由于毛刺的存在和表面粗糙度的影响)时,为了防止初始轴向张力下降,通常是先用100%扭矩拧紧螺母,然后松开螺母,再用100%扭矩拧紧一次。

聊到这里,我们再回到开始的话题:德国人真的会拧螺栓拧三圈回半圈?如果是真的其目的是啥?首先,这个描述肯定是采用的扭矩控制法(否则用的设备就复杂的多),其次这种拧了再回半圈不是普遍现象,毕竟效率低,而且大部分工厂(包括德国工厂)也并不是这样操作的。最后这种操作方法应该是考虑到前面我们提到的担忧由于毛刺或粗糙度原因造成拧紧后一段时间轴向张力下降,而采用的松开螺母再次拧紧的方式,适用于要求比较高的场合。

所以拧三圈回半圈更多的只不过是看到了一个表象(还不全面),连预紧力都说不清的文章大家就不要再转了,不如多转转本文,让更多人有个正确的理解。欢迎转发点赞!