拧螺栓 VS 拧螺母

在汽车装配方面，螺纹紧固方式较为常用的有扭矩法、扭矩加转角法和屈服点法，共 3 类。

其中，扭矩加转角法因其可降低因螺纹摩擦系数波动对转角拧紧所产生的预紧力的影响，设计预紧力可取到螺栓屈服强度的80%以上，甚至可以利用到螺栓屈服强度以上，已在越来越多的汽车底盘关键部位得到应用。

常规紧固件旋转方式，都以螺母为主要拧紧对象，固定螺栓头。但某些特殊的紧固部位，受空间所限，拧紧设备无法伸入，只能通过夹持螺母旋转螺栓达到紧固。

那么，拧螺栓和拧螺母在应力状态上是不是也会有差异，认为拧螺栓可能会应力更大，实际情况又是怎样的呢？而且从航空紧固件拧紧手册中，也可以看出拧螺栓要比拧螺母高出约10%，具体什么原因呢？

一）问题说明

对于焊接螺母、铆接螺母、焊接螺栓、铆接螺栓、内螺纹孔等类似的地方，大家不会纠结到底是拧螺栓还是拧螺母。

因为这种类似的地方只能拧一个零件：螺栓或者螺母（双头螺柱和螺母组合），另外一个零件都是已经固定好了，不能进行拧紧，只能拧紧螺栓这个零件，也就不存在拧螺栓和拧螺母的差异了，如图。

像下面这个螺柱连接也就只能拧螺母。

对于存在拧螺栓还是拧螺母争议的地方就是螺栓螺母连接，这种情况下既可以拧螺栓，也可以拧螺母，这样就会涉及到拧螺栓还是拧螺母的问题了，也就会涉及到拧螺栓还是拧螺母的差异问题。

这样，就会产生到底是拧紧螺栓还是拧紧螺母，不同的拧紧方式会对结果产生影响。

二）理论分析

1、对于是拧螺栓还是拧螺母，通过查找相关标准分析，目前暂时没有哪个标准明确必须拧螺栓还是拧螺母。

也就是说，对于拧螺栓和拧螺母两种方式原则上都是可以的。当然常规来说，螺栓螺母的连接，一般都是拧螺母。

2、从受力方面来说，拧螺栓和拧螺母螺栓都会受到拉应力和螺纹扭矩施加的扭转剪切应力作用，所以，理论上来说，拧螺栓和拧螺母两者受力是一致的。

当然有人会说，拧螺栓的时候可能应力更大。拧螺栓还是拧螺母，都会受到螺栓预紧力产生的拉应力，还有螺纹扭矩产生的摩擦扭矩作用到螺栓上的扭转剪切应力。只要摩擦系数，支撑面直径相同，理论上应该综合应力是没有差异的。

实际上，发现可能存在比较大的差异，主要是应为螺栓，螺母的摩擦系数会存在差异，特别是螺栓头支撑面和螺母的支撑面可能存在差异。例如有些螺栓头是存在内倾角和螺母实际上内倾角的具体尺寸可能存在差异。

3、从摩擦系数上来分析，螺栓和螺母的摩擦系数可能不一致，这样也就会造成拧螺栓还是拧螺母两者是有差别的。

4、螺栓的尺寸和螺母尺寸也可能有差别，如果大家设计时候不注意，例如同样选用法兰面螺栓和法兰面螺母，螺栓采用GB/T 16674.1标准的小系列六角法兰面螺栓，螺母采用GB/T 6177.1的法兰面螺栓，由于两者的支撑面直径是不一样的，所以，在拧紧时候两者等效摩擦直径就会存在差别。

从这个方面来说，大家设计时候，尽量选择螺栓支撑面直径与螺母支撑面直径一致的螺栓螺母。

5、螺栓穿入方便性考虑，.螺栓穿入时候在外侧穿入比较方便，如果从里侧穿入可能需要更大的空间，在外侧穿入里侧只需要留有螺母的厚度再加上一定的螺栓露头长度，再拧紧时候再考虑一定的防转工装的长度即可满足空间要求。

如果螺栓从里侧穿入，首先对准螺栓孔相对有一定的难度，空间也是需要相对更大一些。

6、螺栓拧紧方便性考虑，那一侧穿入拧紧更便于布置拧紧工具。

7、从拧紧套筒来考虑，螺栓拧紧时候，套筒可以选用很短的套筒即可。如果拧紧螺母，需要考虑螺栓的露头长度，同时，有些螺栓还有一定的导向功能，伸出长度会非常长，套筒需要选择更长的套筒，增加成本，甚至会降低套筒的刚度。

当然，在防转工装设计中也会同样用到另一端的长套筒，所以，套筒的选取方面考虑，两者也基本相同。

8、拧螺栓时候，如果不对中，会存在拧紧螺栓时候螺栓杆部与螺栓孔存在摩擦，增加了摩擦扭矩，这样最终的输入扭矩也会增加。而拧螺母就基本不会存在这种影响。

9、航空工业中，拧螺栓要求的公称扭矩比拧螺母要高出约10%，这是什么原因呢？大家可以具体讨论分析。

猜测难道是因为航空螺栓采用过盈配合，会由于这个原因导致，还是螺栓的支撑面直径比螺母要小？如果大家对这个问题比较清楚，欢迎联系螺丝君交流。

三）试验验证

选取符合质量要求的螺栓螺母组合，辅以切割开的被装配零件，在测试台上模拟实车状态进行螺母旋转拧紧测试，切割开被装配的零件是为保证拧紧设备有足够的空间旋转螺母。

按照扭矩转角法拧紧，拧紧扭矩要求为180Nm+90°。通过拧紧螺母最终获得工艺扭矩值约为310N×m，如图所示。

由上图可得，螺栓屈服点a为517N×m；点b为初始拧紧扭矩，该初始拧紧扭矩为180 N×m；点c为完成按照装配要求从初始扭矩再旋转90°后的最终扭矩点，此时扭矩数值为305N×m。

将紧固件旋转方式改为螺栓旋转拧紧，获得扭矩转角如下图所示。

图 3 旋转螺栓获得的装配扭矩曲线图

由上图可知，扭矩点c¢对应的扭矩值已达406N×m，较旋转螺母方式的最终扭矩331N×m 高出75N×m，超出比例为22.6%。

通过这个扭矩转角法拧紧试验也可以看出拧紧螺栓和拧紧螺母最终的扭矩会存在较大差异。

通过实车批量装配，按照拧紧螺母进行装配，获得的扭矩上限样本如下图所示，其扭矩值范围为319～407N×m。

对上图中扭矩上限超过400 N×m 的螺栓进行螺纹段金相分析，如下图所示，螺纹位置的金相组织未发现存在冷变形产生的塑性流变现象，说明螺纹位置不存在明显的塑性变形，该螺栓仍处于弹性变形阶段，与试验曲线相符。