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螺栓拧紧后再退回半圈有科学道理吗？

螺栓,紧固,扭矩螺栓拧紧后再退回半圈有科学道理吗？

发布时间：2020-12-06加入收藏来源：互联网点击：

问题补充： 好多年前看一个电视剧，和法国合作建核电站，法国工人把把螺栓拧紧后再退回半圈，说是为了防松。
我看了后对其原理一直不明白，后来查资料和问老师傅，也没得出答案。
最近很多公众号也提这件事，但没有一个对原理做出解释，基本都是扯别的。即使提及一下，也感觉非常业余，不能令人信服。
有没有专家能解释一下，是真有其事，还是电视剧瞎编的。
谢谢大家。

回答于 2019-09-11 08:43:50

回答于 2019-09-11 08:43:50

有一定的道理的，不过实际上这个方式并没有操作性。

刷下读这篇回答大部分的读者的三观吧。

一把螺丝刀的价格——可以买到20000多，没错，四个零。

这里说的就是扭力控制螺丝刀了。

如果仔细看会发现这个螺丝刀和普通螺丝刀的差别在于手柄上面有刻度，目前气动版本的价格21900.00人民币，并且还需要订货。

手动的版本稍微便宜一点点，但并没有便宜太多，也是天价。

这种螺丝刀的特点就是，当拧螺丝的“力度”达到了手柄前端设置的刻度后就会立刻打滑。这样拧的螺丝就完全不会“拧”过力。

原理呢也不复杂，看动图：

在螺丝刀手柄内有一个弹簧压着的小离合器，当扭力达到设定数值的时候里面的卡片会转为水平这样就会出现打滑的现象让螺栓“吃不上劲”。

原理很简单，做到高精度又耐用很难，世界上现在生产扭力可调螺丝刀的企业并不多。这些螺丝刀会用在汽车、航空、能源等很多领域。




回到题主的问题，螺丝拧满后再往回退半圈。这个动作是在消除螺栓和被紧固材料的应力。




看上面的图片，通常螺栓紧固到A点就可以了，这是材料受力则已经够用了，继续紧固到B点的时候螺栓的应力就已经足以引起较大的形变了，到C点是螺栓形变的峰值，如果超过了峰值，这个螺栓的螺扣就已经开始变型了。到了D点，螺扣就已经彻底滑脱了。后面材料还可以受力，但是这个受力就是夹持产生的力量了。再往后的E点就是螺栓整个形变的峰值，到F点的时候螺栓就已经拉断了。

不仅仅螺栓会有不同的受力点，被紧固的材料也会因为紧固产生形变。这样一来之前的结构就被破坏了，所谓的拧到头再回半圈，就是拧到了B点再回到A点。

但这个操作全靠工人的“手感”，并不精确并没有太多的可操作性。所以在有力度要求的地方现在都是用前面说到的那种螺丝刀。用这种设置好的螺丝刀一次性拧到A点就ok了。

回答于 2019-09-11 08:43:50

这个问题其实是属于力学问题，但是拧紧后再退半圈能防松，需要具体分析。




1、基本原理——材料的力学性质

螺栓作为紧固件，不同的型号材质也会不同，有碳钢、合金钢、不锈钢等等。由于紧固件的功用要求，螺栓必须具备较大的刚度，较好的韧性。不同的使用场合，有不同的具体要求。

作为韧性材料，其拉伸应力应变曲线大同小异，基本形状如下。伴随着载荷的增加，应力应变曲线先后经历弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段。实际上，材料一旦进入屈服阶段，就会产生永久变形，此时结构也就失效了。因此，螺栓的工作应力必须小于其许用应力，如下图公式，其中n为安全系数。

2、螺栓的预紧力

下图为工作状态下的螺栓的受力：通过螺纹的接触产生一个轴向的向下的轴力，而螺帽下方则提供向上的分布力，这两个力平衡。此轴力即为螺栓的预紧力。螺栓要正常工作，那么这个预紧力F必须有如下的要求，即小于许用应力和最小截面积的乘积。


实际上，这个预紧力没办法直接测量。在拧紧螺栓的过程中，依靠的是旋转螺栓，随着预紧力的增加，需要的扭矩也变大。它们之间有如下关系，其中K为预紧力系数，由厂商提供，d为公称直径。下式可以从摩擦力产生力矩与拧紧力矩平衡得出。

3、拧紧后退半圈能防松？

拧紧后再退半圈能不能防松，不可以一概而论。正如前面分析，螺栓的预紧力太大会超过屈服极限，发生不可逆的变形，使得螺栓失效；螺栓的预紧力太小则会让被连接件不紧密，振动的情况下螺栓会越来越松。所以，预紧力以螺栓的屈服极限计算，尽量在安全的条件下取最大值（安全系数的选取）。

对于高精尖的结构，对预紧力有非常严格的要求，那么拧紧力矩就显得非常重要了。有专业的螺栓拧紧力矩的测量仪器，如下图某宝上的扭力扳手，根据预紧力计算出拧紧力矩，通过扭力扳手观察拧紧力矩的大小，从而控制预紧力。这种情况下，不能退半圈。

对于普通结构，通常没有那么严格的精度要求，拧螺栓不可能全靠扭力扳手，更多的还是依靠手感经验。对于没有弹簧垫片的螺栓，拧紧以后退半圈除了降低预紧力外，并不会带来其他任何好处。当然，这里有个前提，即拧紧力始终未超过屈服极限。下面这种情况，拧紧后退半圈可以起到放松的效果。

存在弹簧垫圈——弹簧垫圈的受力极限

弹簧垫圈的存在就是为了防止松动，如下图。不管什么形式的弹簧垫圈，都有一个可恢复的承力范围。如果拧的过紧，弹簧垫圈被压的过实，超出了其最大恢复力，这时候就失去了弹簧的作用。为了防止垫圈失去弹性，可以退回半圈。这样可以有效的防止松动。




但是，上述分析都是基于螺栓受力没有超出屈服极限。一旦预紧力过大，超过了屈服极限，然后再退回半圈，相当于卸一点点载。此时，螺栓的力学性质发生改变，如下图。这称之为冷作硬化现象。

正常情况，从A到B，到了屈服点C，此时卸载，曲线沿着C到D，AD的距离即为不可恢复的塑性变形。再加载后，从D开始上升，再还没到C的时候，开始新的屈服。从图中可以看到，过了屈服后再加载时新屈服极限低于初始屈服极限，但是提升了比例极限。屈服极限的降低，其实是降低了预紧力。这种情况对螺栓其实并不利，冷作硬化后，螺栓牺牲了一定的韧性，变得易断。


４、总结

通过上述分析，我们知道螺栓预紧力其实是严格要求的，对于精密结构更是需要拧紧到一个指定的值。因此，绝大多数情况下，回拧半圈并不会起到防松的效果。


但是，对于普通结构的螺栓连接，存在弹簧垫圈的情况下，如果拧紧力过大超过了弹簧的承力极限，就会让弹簧失去作用。此时退回半圈，可以让弹簧从新起作用。

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