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六種最簡單的機(jī)械工具是：螺絲釘、傾斜面、杠桿、滑輪、楔子、輪子、輪軸。

螺釘位列六大簡單機(jī)械之中，但說穿了也不過是一個軸心與圍繞著它蜿蜒而上的傾斜平面。時至今日，螺釘已經(jīng)發(fā)展出了標(biāo)準(zhǔn)的尺寸。使用螺釘?shù)牡湫头椒ㄊ怯庙槙r針的旋轉(zhuǎn)來擰緊它（與之相對，用逆時針的旋轉(zhuǎn)來擰松）。

然而，由于發(fā)明之初的螺絲釘皆為人工打造，其螺絲的細(xì)密程度并不一致，往往由工匠的個人喜好決定。

到了16世紀(jì)中期，法國宮廷工程師Jaques Besson發(fā)明了可以切割成螺絲的車床，后來這種技術(shù)花了100年的時間得以推廣。英國人Henry Maudsley于1797年發(fā)明了現(xiàn)代車床，有了它，螺紋的精細(xì)程度顯著提高。盡管如此，螺絲的大小及細(xì)密程度依舊沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

這種情況于1841年得到改變。Maudsley的徒弟Joseph Whitworth向市政工程師學(xué)會遞交了一篇文章，呼吁螺絲型號一體化。他提了兩點(diǎn)建議：

1.螺釘螺紋的傾角應(yīng)該以55°為標(biāo)準(zhǔn)。

2.不考慮螺絲的直徑，每英尺的絲數(shù)應(yīng)該采取一定的標(biāo)準(zhǔn)。

早期的螺釘不容易制造，因為其生產(chǎn)過程“需要三種刀具兩種機(jī)床”。

為了解決英式標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)制造問題，美國人William Sellers在1864年發(fā)明了一種平頂平跟的螺紋，這點(diǎn)小小的改變讓螺絲釘制造起來只需要一種刀具和機(jī)床，更簡單快捷且成本降低。

Sellers螺絲釘?shù)穆菁y在美國流行起來，并且很快成為美國鐵路公司的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

螺栓連接件特性

擰緊過程的主要變量

（1）扭矩（T）：所施加的擰緊動力矩，單位牛米（N·m）；

（2）夾緊力（F）：連接體間的實際軸向夾（壓）緊大小，單位牛（N）；

（3）摩擦系數(shù)（U）：螺栓頭、螺紋副中等所消耗的扭矩系數(shù)；

（4）轉(zhuǎn)角（A）：基于一定的扭矩作用下，使螺栓再產(chǎn)生一定的軸向伸長量或連接件被壓縮而需要轉(zhuǎn)過的螺紋角度。

螺栓計算動畫演示
 

1. 扭矩控制法

定義：當(dāng)擰緊扭矩達(dá)到某一設(shè)定的控制扭矩時，立即停止擰緊的控制方法。

優(yōu)點(diǎn)：控制系統(tǒng)簡單、直接，易于用扭矩傳感器或高精度扭矩扳手來檢查擰緊的質(zhì)量。

缺點(diǎn)：控制精度不高（預(yù)緊力誤差±25%左右），也不能充分利用材料的潛力。

2. 扭矩-轉(zhuǎn)角控制法

定義：先把螺栓擰到一個不大的扭矩后，再從此點(diǎn)開始，擰一個規(guī)定的轉(zhuǎn)角的控制方法。

優(yōu)點(diǎn)：螺栓軸向預(yù)緊力精度較高（±15%），可以獲得較大的軸向預(yù)緊力，且數(shù)值可集中分布在平均值附近。

缺點(diǎn)：控制系統(tǒng)較復(fù)雜，要測量扭矩和轉(zhuǎn)角兩個參數(shù)；且質(zhì)檢部門也不易找出適當(dāng)?shù)姆椒▽Q緊結(jié)果進(jìn)行檢查。

3. 屈服點(diǎn)控制法 

定義：把螺栓擰緊到屈服點(diǎn)后，停止擰緊的一種方法。

優(yōu)點(diǎn)：擰緊精度非常高，預(yù)緊力誤差可以控制在±8%以內(nèi)；但其精度主要取決于螺栓本身的屈服強(qiáng)度。

缺點(diǎn)：擰緊過程需要對扭矩和轉(zhuǎn)角曲線的斜率進(jìn)行動態(tài)的、連續(xù)的計算和判斷，控制系統(tǒng)的實時性、運(yùn)算速度等都有較高的要求。

【信息來自金屬加工微信公眾號】