导读
作者：Bill Eccles （Bolt Science Company）
来源：www.boltscience.com/pages/nutorbolttightening.htm
摘要：垫圈和螺母面之间的摩擦条件可以合理地定义和控制，通常可以比接合面更好。通过控制摩擦，可以更可靠地实现预载。为了始终如一地这样做，需要在垫圈的内径上紧密配合。可以实现这一点的一种方式是使用SEMS单元（其中垫圈被固定在螺栓杆上）。通过使用KEPS单元（将垫圈固定在螺母上）可以实现相同的目的。所以一般来说，当使用扭矩控制时，通过旋转螺栓头或螺母拧紧螺栓可能很重要。优良作法是指定应拧紧哪个部件，以使螺栓预紧力变化最小化。
经常会问到是否应该拧紧螺母或螺栓头。答案取决于正在使用的紧固过程。对于扭矩控制的紧固，问题是：螺母是否被拧紧并且螺栓头是否被固持，还是螺栓头被拧紧并且螺母被固持，这是否重要。
拧紧过程的一般目标是实现一致的螺栓预紧力。在拧紧期间控制扭矩并完成后续检查以确保实现规定的扭矩，是实现该目标的常用方法。
当在拧紧过程中测量施加的扭矩和螺栓中产生的张力（预载荷）并绘制在曲线图上时，扭矩和张力之间存在线性关系。螺栓张力与施加的扭矩直接相关并且成比例。这由图表说明，该图表基于实验结果，如上图所示。根据这些测试结果，可以为所需的螺栓预载建立适当的扭矩。
使用扭矩控制的一个缺点是，对于给定的扭矩值，螺栓预紧力存在着的显著的差异。这有几个原因，例如：施加扭矩的不准确性，螺纹的尺寸变化和孔尺寸的变化等。然而，主要因素通常是由于正在旋转的接触表面之间存在的摩擦变化。
从测试中可知，大约50％的紧固扭矩在克服螺栓头或螺母面下的摩擦力（无论哪个是旋转面）中消耗。通常，总扭矩的10％至15％实际上用于拧紧螺栓，拉长螺栓产生预紧力，其余部分用于克服螺纹和正在旋转的接触面（螺母面或螺栓头）上的摩擦。这在上面显示的饼图中说明。螺母面摩擦的相对较小的变化会对螺栓预紧力产生显着影响。由于可能需要更大的扭矩来克服摩擦，因此螺栓伸长量的残留更少，因此不利地减小了预载荷。如果螺母面下的摩擦力减小，则对于给定的扭矩，螺栓预紧力将增加。
下面所示的图可能是最常见的情况，其中接头的顶板和底板由相同材料制成，具有相同的光洁度并且孔尺寸通过两个板都相同。对于这种接头，当螺母面和螺栓头尺寸具有相同的直径和光洁度时，螺栓头或螺母是否拧紧都无关紧要。有些人认为通过拧紧螺栓头而不是螺母会影响螺栓杆的扭转。螺栓杆的扭转取决于螺纹摩擦力矩。对于给定的精加工条件，螺纹摩擦有一些与之相关的分散，但不取决于螺母或螺栓头是否拧紧。如果螺纹摩擦力矩保持不变，则无论螺栓头或螺母是否拧紧，柄部的扭转都是相同的。
下面的图示出了当包括接头的板是不同的材料（例如一个是钢和另一个铝）或具有不同的饰面（例如一个板被镀锌而另一个被涂漆）时的情况。在这种情况下，一般来说，拧螺栓头或拧螺母就变得很重要了。原因是每个面都会有不同的摩擦系数。如果通过测试或通过查看表面的摩擦特性来确定拧紧的扭矩，例如基于螺母面，那么头面可能具有不同的摩擦系数。如果它具有较低的摩擦值，那么如果拧紧螺栓头，则预加载会增加。在极端情况下，如果摩擦差异很大，则可能发生螺栓断裂。
下面的图示出了顶板中的间隙孔与底板中使用的间隙孔不同的情况。这种情况比较常见。在旋转的部件（螺母或螺栓头）上存在有效的摩擦半径，其通常被视为间隙孔和外轴承面半径的平均值。因为在所示情况下螺栓头的半径比螺母大，所以通过拧紧螺栓头而不是螺母会导致螺栓预紧力减少，其他因素如摩擦力相同。因此，关于螺母或螺栓头是否被拧紧的情况的另一个例子。
当螺栓头和螺母之间存在样式和尺寸差异时，在侧面的图示。效果类似于前一种情况中发生的效果。螺栓头和螺母 - 垫圈界面之间的摩擦半径的差异导致预紧力受到哪个构件被紧固的影响。在这里所示的情况下，当螺母拧紧在垫圈上并且螺栓头部接合到接头上时，可能存在摩擦系数之间的差异。这将进一步增加可变性。
除了减小接合面上的承载应力的常见原因之外，垫圈偶尔也被用作最小化摩擦系数离散的手段。垫圈和螺母面之间的摩擦条件可以合理地定义和控制，通常可以比接合面更好。通过控制摩擦，可以更可靠地实现预载。为了始终如一地这样做，需要在垫圈的内径上紧密配合。可以实现这一点的一种方式是使用SEMS单元（其中垫圈被固定在螺栓杆上）。通过使用KEPS单元（将垫圈固定在螺母上）可以实现相同的目的。
所以一般来说，当使用扭矩控制时，通过旋转螺栓头或螺母拧紧螺栓可能很重要。优良作法是指定应拧紧哪个部件，以使螺栓预紧力变化最小化。
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