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为什么螺丝钉都是顺时针拧紧?

2020.12.24
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柏拉图的朋友发明了螺钉


六种最简单的机械工具是:螺丝钉、倾斜面、杠杆、滑轮、楔子、轮子、轮轴。螺钉位列六大简单机械之中,但说穿了也不过是一个轴心与围绕着它蜿蜒而上的倾斜平面。时至今日,螺钉已经发展出了标准的尺寸。使用螺钉的典型方法是用顺时针的旋转来拧紧它(与之相对,用逆时针的旋转来拧松)。



顺时针拧紧主要由右撇子决定的


然而,由于发明之初的螺丝钉皆为人工打造,其螺丝的细密程度并不一致,往往由工匠的个人喜好决定。
到了16世纪中期,法国宫廷工程师Jaques Besson发明了可以切割成螺丝的车床,后来这种技术花了100年的时间得以推广。英国人Henry Maudsley于1797年发明了现代车床,有了它,螺纹的精细程度显著提高。尽管如此,螺丝的大小及细密程度依旧没有统一标准。


这种情况于1841年得到改变。Maudsley的徒弟Joseph Whitworth向市政工程师学会递交了一篇文章,呼吁螺丝型号一体化。他提了两点建议:
1、螺钉螺纹的倾角应该以55°为标准。

2、不考虑螺丝的直径,每英尺的丝数应该采取一定的标准。

 


螺钉虽小,早期需要n种机床和n+1种刀具制成


早期的螺钉不容易制造,因为其生产过程“需要三种刀具两种机床”。


为了解决英式标准的生产制造问题,美国人William Sellers在1864年发明了一种平顶平跟的螺纹,这点小小的改变让螺丝钉制造起来只需要一种刀具和机床。更快捷、更简单、也更便宜。


Sellers螺丝钉的螺纹在美国流行起来,并且很快成为美国铁路公司的应用标准。



螺栓连接件的特性

拧紧过程的主要变量:

(1) 扭矩(T):所施加的拧紧动力矩,单位牛米(Nm);

(2) 夹紧力(F):连接体间的实际轴向夹(压)紧大小,单位牛(N);

(3) 摩擦系数(U):螺栓头、螺纹副中等所消耗的扭矩系数;

(4) 转角(A):基于一定的扭矩作用下,使螺栓再产生一定的轴向伸长量或连接件被压缩而需要转过的螺纹角度。



螺栓拧紧的控制方法


1. 扭矩控制法
定义:当拧紧扭矩达到某一设定的控制扭矩时,立即停止拧紧的控制方法。
优点:控制系统简单、直接,易于用扭矩传感器或高精度扭矩扳手来检查拧紧的质量。
缺点:控制精度不高(预紧力误差±25%左右),也不能充分利用材料的潜力。 


2. 扭矩-转角控制法
定义:先把螺栓拧到一个不大的扭矩后,再从此点开始,拧一个规定的转角的控制方法。
优点:螺栓轴向预紧力精度较高(±15%),可以获得较大的轴向预紧力,且数值可集中分布在平均值附近。
缺点:控制系统较复杂,要测量扭矩和转角两个参数;且质检部门也不易找出适当的方法对拧紧结果进行检查。 


3. 屈服点控制法 
定义:把螺栓拧紧到屈服点后,停止拧紧的一种方法。
优点:拧紧精度非常高,预紧力误差可以控制在±8%以内;但其精度主要取决于螺栓本身的屈服强度。
缺点:拧紧过程需要对扭矩和转角曲线的斜率进行动态的、连续的计算和判断,控制系统的实时性、运算速度等都有较高的要求。





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