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手拧扳手的力小于螺栓锁紧力,当下拧不开,维持一段时间可以开吗?什么原理?

作者:机械网
文章来源:本站

  首先,应假设人用的力一定。可能考虑问题有点简单,感觉是个很简单的问题。先举一个例子,经常在电影电视上看到,有人下落时抓住一颗小树或一个树叉,起初可以支持住人,一会就有可能将树拉断。

  用扳手拧螺栓,是为了克服螺栓受到的摩擦阻力,拧不动,说明扳手对螺栓的力不足以克服螺栓受到的摩擦阻力。而影响摩擦力大小的因素是接触面的粗糙程度和压力的大小,具体到螺栓,影响其受到的摩擦力大小的因素,就是螺栓与螺母之间的压力大小和二者接触面的粗糙程度。

  自然界中的物体表面不存在绝对的光滑,看着很光滑的表面在显微镜下也是凹凸不平,两个物体接触时,凹凸部分相互啮合,物体发生相对运动或有相对运动趋势时就会受到阻碍。如果阻碍较大,就不能发生相对运动。

  另外,力的作用效果有两种:使物体的运动状态发生改变或使物体发生形变。既然没有改变物体的运动状态,就一定会使物体发生形变。用扳手拧螺栓,拧不动,螺栓和螺母的接触处会发生形变,最初不明显。持续用力一段时间,象拉断树叉一样,效果就可能明显起来,会将接触面上的凸起部分破坏掉,一方面使接触面变得光滑,另一方面也使螺栓和螺母挤压的不再紧密,即压力减小,都会使螺栓和螺母之间的摩擦阻力减小。当螺栓受到的摩擦阻力减小到一定程度,作用在扳手上的力就能通过扳手,克服这个摩擦阻力,将螺栓拧开。

  手拧扳手的力小螺旋锁紧力,当下拧不开,维持一段时间可以开。这是因为摩擦阻力是一些小凸起凹凸不平阻碍所致,当拧扳手的力接近拧开时,小凸起受到缓慢的破坏,肉眼看不出微小的量变,维持一定时间后,量变逐渐增大,达到临界值后,迅速由量变引起质变,把螺旋拧开。

  为了说清楚题主的问题,有必要先了解下螺栓的受力。

  螺栓的受力分析

  螺栓作为一种连接件,通常是将两个结构连接在一起,两个结构本身也会受到外力的作用,如下图。

  对于螺栓本身,除了外载P带来的横向的载荷(蓝色),还有螺帽拧紧的拉力(红色),受力图如下。如果不考虑螺母,那么图中下面的红色箭头分布于螺纹上。

  螺栓的破坏形式

  1、剪切破坏

  根据螺栓的横向载荷,在螺栓的横截面上,形成了一个剪切面。当横向载荷过大时,将会在这个面发生剪切破坏,如下图。

  除了螺柱上,由于纵向拉力的作用(红色箭头),在螺帽处也形成了一圈剪切面,如下图绿色部分。如果拉力过大,此处也易发生剪切破坏。

  2、挤压破坏

  在横向载荷作用下,螺柱侧面与被连接件发生挤压,如下图。当横向力过大时,挤压面易发生挤压破坏。

  同样的,在纵向拉力作用下,螺帽附近也存在着挤压面,如下图绿色高亮部分。拉力过大,这部分挤压面也容易失效。

  3、拉伸破坏

  螺栓的螺柱在纵向拉力的作用下,发生拉伸破坏。其破坏面就是螺柱的横截面。这个截面一般发生在螺纹处(横截面积最小),或者螺帽底部(应力集中最大)。

  什么是螺栓预紧力

  螺栓的预紧力指的是螺栓受拉的力,螺栓拧的越紧,预紧力就越大。预紧力的方向是沿着螺栓轴线的方向,作用效果使得螺栓拉伸变长。

  所以,螺栓预紧力就是螺栓纵向的受力。可能造成的破坏形式是1)螺帽底部的挤压破坏、2)螺帽中间一圈的剪切破坏,3)拉伸破坏。螺栓的预紧力有严格的标准执行,一般在0.6-0.7的屈服应力。

  拧螺栓的力

  拧螺栓靠的是利用工具产生的力矩,与之对应的,是螺帽中螺纹和螺帽底部的摩擦力矩。所以,拧螺栓不是克服螺栓的预紧力。

  力的长期效应

  通过上面的分析,应该知道,理想状态下,拧螺栓时保持一定时间,并不会降低摩擦力矩。

  但是,上述分析没有考虑材料的损伤。在力的长期作用下,材料必然会出现“疲劳”损伤。在本问题中,接触面原本凸起的部分,由于长期受力被掰弯了,宏观表现就是摩擦力发生了变化,从而可以继续拧动螺栓。

  最后,别使劲拧,会超处螺栓的最大预紧力的。

  这个力不是叫螺栓紧锁力,叫摩擦力,这个机械(螺丝和板手合称)叫轮轴,是一个省力杠杆,在不改变板手长度的情况下,拧动螺丝的最大的力是一个定值。力气大的人可以轻易松动螺丝,力气小的人,必须增加力臂或减小阻力。

  对于有些时候,所加的力维持一段时间,螺丝会松动,这是因为你用的力已经使螺丝发生了微小的运动,自己难以感觉到,随着阻力变小,运动速度加快,螺丝就松动了,并没有什么深奥的物理原理。如果你用的力较小,无论你坚持多久都是不可能的。

  说到底是摩擦力如何消解,如何抵消的问题,我个人认为,消解螺栓锁紧后的摩擦力,不能仅仅看施加在扳手上的力,包括扳手臂的长度。还有个能量问题,如果我的手持续作用力在扳手上,假以时间,能量的持续作用,可以抵消螺栓锁紧的摩擦力。比个例子,老干妈的盖子有时候很难拧开,我只要施加小力,向旋开方向维持住这个力不动,等一两分钟盖子就开了。

  松螺栓展开等于是在一个斜坡上往下推东西,克服摩擦力。

  小于螺栓紧锁力是拧不开的,无论你坚持多久都不可能。只有这个力大于紧锁力才可以,你可以试试加长力臂的方法或者换一个力量大的人去拧。这个是杠杆的原理。

  如果你我碰到此情况,我不会坚持;

  我会加点柴油打几下,后用板手加锤子打,重复到其松为止。

  什么原理?

  扳手拧不开螺丝,原因就是扳手的扭矩小于生锈螺丝摩擦力产生的扭矩。

  解决方法就是,对准生锈的螺丝部位,喷WD喷剂,WD的作用网友了自行网上搜索,这里不做展开。等待24小时后,再用扳手即可扭开生锈的螺丝,原理就是通过WD的浸润作用,减少螺丝的摩擦力扭矩。

  没经验不便回答。通常的做法是加长扳手长度,或者螺母处加润滑油,或者用磨光机将螺丝弄断换新的。

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