扭剪扳手的作用原理

來源：http://www.tajmhh.com日期：2025-09-28 發(fā)布人：xjnwz

簡單來說，扭剪扳手是一種專用、高精度的電動或液壓扳手，其核心原理是通過控制螺栓的預(yù)緊力（軸向拉力）來確保緊固質(zhì)量，而不僅僅是控制擰緊的扭矩。它主要用于高強度螺栓（特別是鋼結(jié)構(gòu)連接用的高強度大六角頭螺栓和扭剪型高強度螺栓）的最終緊固。

為了更好地理解，我們可以將其與傳統(tǒng)扭矩扳手進行對比。

一、傳統(tǒng)扭矩扳手的局限性（扭矩法）

1. 原理：傳統(tǒng)扭矩扳手通過控制擰緊扭矩（T）來間接控制螺栓的預(yù)緊力（F）。它們之間的關(guān)系是 T = K * F * d（其中K是扭矩系數(shù)，d是螺栓公稱直徑）。

2. 問題：這個公式中的扭矩系數(shù) K 是一個變量，它受到螺栓、螺母、墊圈接觸面的摩擦力的極大影響。摩擦力會消耗掉大約90%的擰緊扭矩，只有大約10%的扭矩真正轉(zhuǎn)化為螺栓的預(yù)緊力（拉力）。

· 如果摩擦力大，同樣的扭矩下，螺栓獲得的預(yù)緊力就小。

· 如果摩擦力小，同樣的扭矩下，螺栓獲得的預(yù)緊力就大。

3. 結(jié)果：由于摩擦力的不確定性，僅控制扭矩會導(dǎo)致螺栓的實際預(yù)緊力（即我們真正想要的）離散性很大，精度不高，可能造成有的螺栓擰得太緊（過載），有的則不夠緊（松動）。

二、扭剪扳手的作用原理（轉(zhuǎn)角法/直接張力控制法）

扭剪扳手的設(shè)計巧妙地繞過了摩擦力帶來的問題。它的原理可以分為兩個階段，其核心部件是特制的扭剪型螺栓，這種螺栓的螺桿末端帶有一個梅花卡頭。

第一階段：初始擰緊（定扭矩緊貼）

1. 首先，會用普通的沖擊扳手或兩個套筒的電動扳手將螺母初步擰緊，使連接件緊密貼合。

2. 然后，使用扭剪扳手。扳手的套筒套在螺母上，而扳手內(nèi)腔的一個內(nèi)凹式梅花套筒則套住螺栓尾部的梅花卡頭。

3. 扳手啟動，梅花套筒（反作用力臂）抵住梅花卡頭，防止螺栓轉(zhuǎn)動，而主套筒則旋轉(zhuǎn)螺母。

4. 在這個階段，扳手以穩(wěn)定的扭矩擰緊螺母，直到螺栓達到一個設(shè)定的、較高的預(yù)緊力（通常是標準預(yù)緊力的70%-80%）。此時，連接件已經(jīng)非常緊密。

第二階段：最終緊固與自斷（定轉(zhuǎn)角/控制斷裂）

這是扭剪扳手最關(guān)鍵、最巧妙的一步。

1. 當預(yù)緊力達到第一階段的目標值后，扳手繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。

2. 此時，螺栓承受的拉力已經(jīng)非常大，接近其屈服極限。施加在螺母上的扭矩，使得螺栓尾部的梅花卡頭處承受巨大的反向剪切力。

3. 當施加的扭矩（或者說螺栓的預(yù)緊力）達到預(yù)先通過精確計算和制造設(shè)定的斷裂閾值時，梅花卡頭會被精確地扭斷。

4. 梅花卡頭斷裂的瞬間，扳手的旋轉(zhuǎn)阻力驟降，扳手自動停止工作。

三、原理的核心優(yōu)勢

1. 直接控制預(yù)緊力：梅花卡頭的斷裂點是在工廠里根據(jù)螺栓的材質(zhì)和力學(xué)性能精確設(shè)定的。斷裂發(fā)生時，意味著螺栓的預(yù)緊力已經(jīng)達到了設(shè)計要求的、接近屈服強度的最佳值。這相當于一個“機械保險絲”，直接以力為控制目標，完全消除了摩擦力對最終緊固效果的影響。

2. 極高的精度和一致性：所有用同一把扭剪扳手擰緊的同規(guī)格螺栓，其最終的預(yù)緊力基本一致，精度遠高于扭矩法。

3. 直觀的質(zhì)量判斷：檢查人員只需肉眼觀察梅花卡頭是否已被擰掉，即可100%確定該螺栓已經(jīng)達到了規(guī)定的預(yù)緊力。這是一種非常簡單、可靠、無法作弊的質(zhì)量控制方法。

4. 操作簡便高效：操作工人無需記錄扭矩值，也無需使用扭矩測量儀進行復(fù)檢，大大提高了工作效率和可靠性。

總結(jié)

特性傳統(tǒng)扭矩扳手扭剪扳手

控制對象扭矩 (T) 預(yù)緊力 (F)

原理間接控制 T = K * F * d 直接控制，通過扭斷預(yù)設(shè)的卡頭來標定預(yù)緊力

影響因素受摩擦力 (K值) 影響大幾乎不受摩擦力影響

精度較低 (±25% ~ ±30%) 極高 (±5% ~ ±10%)

質(zhì)量檢查需用扭矩扳手復(fù)檢或標記肉眼觀察卡頭是否斷裂

因此，扭剪扳手的作用原理可以概括為：利用特制螺栓上的“犧牲性”梅花卡頭作為力學(xué)傳感器和保險銷，通過精確控制其斷裂的瞬間，來直接確保螺栓達到設(shè)計所要求的最佳預(yù)緊力，從而實現(xiàn)高強度連接的高精度、高可靠性和易檢驗。

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