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螺栓鎖緊扭矩計算器
計算達成適當螺栓預壓所需的扭矩。支援粗牙與細牙公制螺紋、英制 UNC 以及多種潤滑條件。
此計算器由 Vibromera 工程團隊開發並驗證，該團隊也是 Balanset 攜帶式平衡儀器的製造商。
結果
- 1手動鎖緊所有螺栓直至 貼合
- 2鎖緊至 — （30% 扭矩）依順序
- 3鎖緊至 — （70% 扭矩）依順序
- 4鎖緊至 — （100% 扭矩）— 平順運轉
扭矩計算公式
所需鎖緊扭矩使用簡化 VDI 2230 螺母係數法計算：
- T — 鎖緊扭矩 (N·m)
- K — 扭矩係數 / 螺母係數（0.10–0.25）
- F — 目標預壓（N）
- d — 螺栓公稱直徑 (m)
預壓
- S — 強度基準： Rp （降伏）或 Sp （保證應力）
- As — 拉應力面積 (mm²)
- η — 利用係數（0.50–0.90）
Kellermann-Klein 方程式
K 係數參考
| 表面狀況 | K 係數 | 備註 |
|---|---|---|
| 乾燥 | 0.20–0.25 | 高離散度 |
| 輕油 | 0.14–0.18 | 最常見 |
| MoS₂ | 0.10–0.12 | 高負荷、不鏽鋼 |
| PTFE | 0.08–0.10 | 注意：扭矩過大 |
| 鍍鋅 | 0.17–0.20 | 取決於塗層 |
| 防卡劑 | 0.11–0.13 | 高溫 |
| 蠟片 | 0.09–0.11 | 汽車原廠 |
螺栓性能等級 (ISO 898-1)
| 級別 | Rm | Rp | Sp | 應用 |
|---|---|---|---|---|
| 4.6 | 400 | 240 | 225 | 非關鍵 |
| 5.6 | 500 | 300 | 280 | 一般 |
| 8.8 | 800 | 640 | 580/600 | 標準結構用 |
| 10.9 | 1040 | 940 | 830 | 高強度 |
| 12.9 | 1220 | 1100 | 970 | 關鍵部位、最大負荷 |
實作範例
K=0.16，F=640×84.3×0.75=40,464 N → T=0.16×40464×0.012=77.7 N·m
K=0.12，F=900×245×0.75=165,375 N → T=0.12×165375×0.020=397 N·m
- 扭矩過大 會滑牙或導致螺栓斷裂
- 扭矩不足 → 鬆脫、洩漏、疲勞失效
- 每年校準扭矩扳手
- 組裝前清潔螺紋
- 勿重複使用 10.9 級以上螺栓
- 此為工程估算 — 關鍵接頭請依 ISO 16047 進行測試
T = K × F × d，其中 K 是扭矩係數（0.10–0.25），F 是預緊力（N），d 是公稱直徑（m）。
若需詳細分析：Kellermann-Klein 方程式將螺紋摩擦與支承面摩擦分開計算。
K 係數綜合螺紋摩擦與支承面摩擦。依 ISO 16047，在保證載荷的 75% 下測定。
- 乾燥：0.20–0.25
- 油潤滑：0.14–0.18
- MoS₂：0.10–0.12
- PTFE：0.08–0.10
標準值：Rp 的 75%。範圍：50%（輕負荷）至 90%（關鍵用途）。嚴謹設計時，請使用 Sp 取代 Rp。
潤滑會大幅降低 K 係數。乾燥狀態 K≈0.22，相較之下 PTFE K≈0.09。對已潤滑的螺栓使用乾燥狀態的鎖緊扭矩 = 嚴重過度鎖緊。
採用交叉/星形順序分多輪鎖緊：鎖至貼合 → 30% → 70% → 100%。運轉 24h 後再次檢查。
T = F × [P/(2π) + 1.154·μth·d₂ + μb·(Do+dh)/4]。將螺紋摩擦與支承面摩擦分開計算。
細牙 = 較大的應力截面積、較高的預緊力、較佳的抗振性，但滑牙風險較高。用於汽車與航太領域。
10.9+ 級螺栓達到設計預緊力後不應重複使用。鎖緊至屈服的螺栓僅供單次使用。8.8 級螺栓若未受損，可重複使用。
工具：喀嗒式 ±5%，數位式 ±2%。但摩擦變化會造成預緊力 ±25-30% 的離散程度。關鍵接合處：採用扭矩-轉角法或液壓張緊。
ISO 16047 = 試驗（量測實際緊固件的 K 係數）。VDI 2230 = 設計（計算所需的螺栓、預緊力、扭矩）。兩者相互補充。
本頁所述的操作流程由 Vibromera 團隊使用 Balanset-1A（一款用於現場轉子平衡的便攜式雙通道動平衡儀及振動分析儀）開發並經過實地測試。
