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螺栓拧紧工艺分析,看这篇就够了

发布时间:2022-09-20 17:46:00 阅读:4

  使用螺栓连接的主要问题之一,就是所选螺栓的紧固方法以实现精确预紧力。

  错误的拧紧方法,引起的预紧力不足是螺栓连接失效的常见原因。对于设计师来说,重要的是了解拧紧螺栓主要方法的特征。

  今天,法士威给大家总结了常用的几种螺栓拧紧方法。但请注意,无论使用何种方法来拧紧螺栓,螺栓预紧力散差程度都是应预期范围内的。

  目前,有六种常用拧紧方法,用于控制螺纹紧固件的预紧力,它们分别是:

  ☐ 扭矩控制拧紧

  ☐ 控制拧紧

  ☐ 屈服控制拧紧

  ☐ 螺栓拉伸法

  ☐ 热拧紧

  ☐ 落座点—转角(SPA)控制法。

  一)扭紧控制拧紧

  扭矩拧紧到的指定扭矩是控制预紧力的最常用方法。将螺栓拧紧到指定预紧力所需的额定扭矩, 大型公司都有相应的扭矩表,可以从表中确定,或者通过使用扭矩与产生的螺栓拉力之间的关系进行计算来确定。

  

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  从上图的研究可以看出,扭矩拧紧的一个基本问题是,由于大部分扭矩用于克服摩擦(通常在施加扭矩的85%至95%之间),摩擦条件的微小变化会导致螺栓预紧力的较大变化。

  

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  通过使用所谓的摩擦稳定剂可以减少这种效应。这些是涂覆在紧固件上的物质,以减少摩擦散差。提高该方法准确性的其他方式有:

  ☐使用垫圈;垫圈可使得螺栓头下摩擦更稳定,但是要防止垫圈转动,因为这会改变摩擦半径,从而影响扭矩-预紧力的关系。如果由于接触面压力过大,需要更大的接触面,可考虑使用法兰螺母和螺栓。

  ☐通过测试确定正确的拧紧扭矩,可通过贴应变片的测试方式测试出合适的拧紧扭矩。

  ☐使用更精确的拧紧扳手也是提高预紧力精度的一种方式。

  二) 角度控制拧紧

  虽然是转角法,但在最终拧紧阶段仍会设一个扭矩监控区间。为了防止由于螺纹堵塞,未达到设定的角度,螺栓就因扭矩过大被拧断而造成不必要的损失,所以会有一个扭矩上限值。这种方法的主要缺点在于需要精确地确定角度,还需要进行实验确定。

  

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  三)屈服控制拧紧

  通过这种方法,可以通过最小化摩擦及其散差带来的影响,来实现非常精确的预紧力。使用对被拧紧螺栓的扭矩梯度敏感的电子控制系统,快速检测该梯度的斜率变化,斜率快速的变化表明已达到屈服点,并停止拧紧过程。

  这是结合传感器在拧紧过程中读取扭矩和角度来实现的。此方法对螺栓机械性能控制要求较高,机械性能越稳定,则预紧力散差越低。

  该方法已用于关键应用,例如气缸盖和连杆螺栓,可实现始终如一的高预紧力(这样可以设计较小的螺栓)。

  然而,由于使用这种方法所需的工具成本(包含控制电路的扳手的成本是传统扭矩扳手的数倍),因此不太可能广泛采用这种方法。

  

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  四)螺拴拉伸法

  与大螺栓拧紧相关的问题是需要非常高的拧紧扭矩,但对于直径超过20mm的螺栓,使用液压张紧装置是司空见惯的。

  直接拉伸法原理简单,操作简单,紧固精度高,但是拉伸设备价格较高,作业效率低。螺栓高出螺母高度至少要一倍公称直径的高度,要求有比较大的操作空间,仅用在工作要求很高的场合

  液压的控制有效地控制了螺栓中的预紧力。然而,当压力被移除时,确实会发生少量的预紧力降低,因为螺母在负载下会弹性变形。

  

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  五)热拧紧

  热拧紧利用螺栓的热膨胀特性。螺栓被加热并膨胀,在此状态下拧紧螺母。冷却后,当螺栓收缩,它受到夹紧材料的纵向约束,并产生预紧力。加热方法包括直接火焰、护套加热线圈和电阻元件。

  这种方法预紧力精确,且螺栓不受拧紧力矩作用影响,但设备昂贵,不是一种广泛使用的方法,通常只用于非常大的螺栓。

  六)落座点——转角(SPA)控制法

  转角(SPA)控制法是最新出现的一种控制方法,它是在扭矩-转角法基础上发展起来的。扭矩-转角法是以某一预扭矩Ts为转角的起点,而SPA法计算转角的起点,采用扭矩曲线的线性段斜率与转角A坐标的交点S(见图)。

  

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  图中:F2是SPA法最大螺栓轴向预紧力误差。从图中可见,采用扭矩-转角法时,由于预扭矩TS的误差,在转过相同的转角A1后,相对于两个弹性系数高低不同的拧紧工况,其螺栓轴向预紧力最大误差为F1;

  如若采用SPA法,由于是均从落座点S开始转过A2转角后,相对于两个弹性系数高低不同的拧紧工况,其螺栓轴向预紧力误差为F2。

  显然F2小于F1,即落座点—转角控制法拧紧精度高于扭矩-转角控制法。采用SPA法,摩擦系数大小对于螺栓轴向预紧力的影响几乎可以完全消除。

  下图为拧紧中不同摩擦系数所对应的扭矩-转角关系曲线。

  

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  图中摩擦系数:µ1>µ2>µ3。虽然不同的摩擦系数所对应的扭矩-转角关系曲线的斜率不同,但其落座点(曲线线性段的斜率与横轴的交点)相差不大。

  故从此点再拧一个角度Ac,不同摩擦系数对螺栓轴向预紧力的影响基本可以消除。

  SPA法与扭矩-转角法比较,其主要优点是:能克服在Ts时已产生的扭矩误差,因此,可以进一步提高拧紧精度。


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