如何快速确定螺纹不滑牙的拧紧扭矩？

在没有外载荷作用下螺栓出现松动，主要考虑在螺栓连接装配后出现的松动，这个时候往往是因为设计问题或零部件的质量问题，出现的松动，此时，如果检测静态扭矩MNA1，螺栓连接的扭矩往往会出现很大的衰减，也就是所谓的非旋转松动。

如果收到外载荷以后，螺栓出现了松动，此时，很大的可能性是螺栓受到外载荷以后，螺栓预紧力产生的摩擦力不足够克服外部的横向载荷，在横向外载荷作用下，螺栓产生了往复的滑动，使螺栓产生旋转松动，此时，比较明显的出现螺栓的划线发生了位移。

当然也有一些情况下，螺栓与螺栓孔之间的间隙比较小，即使产生了滑动，还不足以产生旋转松动，这时候就有可能产生零部件结合面之间磨损造成夹紧长度减少，此时也是仍然是非旋转松动。

将一个发电机零部件固定到安装支架上的M10 -8.8级粗牙螺栓，拧紧扭矩为50Nm, 装配温度20℃；工作温度88℃。支架材料为普通结构钢板厚10mm;发电机箱体材料为某一种铝合金材料ALSI7MG。车辆运行过一段时间后，螺栓松动。

材料：

壳体铝合金材料的， 抗拉强度按照160MPa，

屈服强度89MPa计算考虑，

材料的剪切强度按照83MPa，

螺纹孔孔深25mm；

但是因选用的螺栓长度，

螺栓实际啮合长度仅仅为15mm。

现在分析：螺纹在安装装配条件下及工作温度下螺纹孔螺纹强度是否足够？是否会发生塑性变形？无论外载荷大小如何，假设螺栓选型是满足要求，拧紧后预紧力无论大小也都能满足外载荷要求的情况下，只保证螺纹孔螺纹不发生塑性变形，拧紧后螺纹啮合长度满足要求，那么，推荐多少扭矩合适？

分析思路：

具体分析，可以按照VDI 2230标准进行详细的计算校核，本次为了分析方便，采用计算软件SD PRO计算分析。

按照摩擦系数0.12-0.18进行计算，该螺栓的拧紧扭矩最大可以达到52.47Nm，故按照当前设计拧紧扭矩50Nm是勉强可以满足要求，但是考虑拧紧工具的精度，设计拧紧扭矩应该更小一些。

计算结果表明按照当前的铝合金材料，按照当前拧紧工艺，螺纹孔的强度不能满足要求，通常铝合金材料的螺纹啮合长度要保证达到2d以上，此时仅仅为15mm，仅有1.5d的螺纹啮合长度，螺纹强度不能满足要求。软件计算结果，也表明拧紧工艺条件下，螺纹的啮合长度安全系数仅为0.82，故螺纹啮合安全系数不能满足要求。

计算结果表明按照当前螺纹啮合长度要求拧紧扭矩的最大值不能超过43Nm，按照±10%的扭矩散差，设置拧紧扭矩为39Nm±4Nm，可以满足螺纹啮合长度的安全系数要求。由于实际铸造螺纹孔受到砂眼，铸造缺陷等影响螺纹孔处的材料强度，故螺纹啮合强度可以通过类似螺母螺纹保证载荷的测试方法进行测试验证，确保螺纹强度的安全。如下图：

▲  螺纹啮合强度轴向拉力试验验证方法示意图

螺纹啮合强度，试验方法如下：

由于描述中螺栓连接是拧紧后发生的松动，故需要分析螺栓预紧力的问题，需要确认是否发生了划线移位的旋转松动？此处螺栓连接的夹紧长度比较短，建议考虑：螺纹涂胶方式来提高螺纹的防松性能。

按照VDI 2230标准方法验证

根据VDI 2230标准螺纹啮合示意图，按照83MPa剪切强度（示意图中剪切强度最小为100MPa），大致可以确定出螺纹的最小啮合长度为3d（螺栓拉断螺纹也不能滑牙的设计原则）。由于标准中螺栓的最大抗拉强度是最小抗拉强度的1.2倍，螺纹屈服强度是抗拉强度的0.8倍，90%螺栓利用率时候的最小啮合长度计算为：3.0*10/1.2*0.8*0.9=18mm，也就是说按照标准计算在螺栓拧紧到螺栓利用率的90%屈服时候，即拧紧到正常拧紧扭矩（VDI 2230标准计算结果）时候螺纹的最小啮合长度要达到18mm，此时，该案例螺栓的啮合长度只有15mm，即在90%螺栓利用率的基础上要降低扭矩才能满足要求。

根据计算螺栓的90%利用率（摩擦系数为0.12最小时候）拧紧扭矩为48Nm，也就是说此时螺纹啮合长度要18mm才能达到螺纹强度要求，15mm的螺纹啮合长度的拧紧扭矩最大为40Nm（=48*15/18）。与软件计算结果基本一致，所以，在没有螺栓计算软件情况下，也没有严格按照VDI 2230标准进行详细计算情况下，可以大致根据VDI 2230标准中的螺纹啮合长度示意图，来分析多少拧紧扭矩条件能够满足当前设计的螺纹啮合长度。