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扭矩 + 转角法介绍及影响因素

发布日期:2023-10-27 16:35:17   浏览量 :141
发布日期:2023-10-27 16:35:17  
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扭矩法是通过拧紧工具设定到某个扭矩值来控制连接件的预紧力。一般地,90%的扭矩被摩擦力消耗,只有10%的扭矩转化为夹紧力;但因扭矩系数波动较大,转化成夹紧力的散差也比较大,夹紧力精度较低。研究表明,使用扭矩法紧固螺栓时,由于拧紧工具精度、摩擦性能的波动、螺栓强度波动等因素影响,一般轴向预紧力只有螺栓屈服强度的30%-70%,甚至更低。造成螺栓利用率低,可靠性差。 

扭矩 + 转角法是先将螺栓紧固到门槛扭矩后继续拧紧一个规定的角度,它可以使螺栓紧固至超弹性区,实现对螺栓性能的充分利用。螺栓的摩擦因数只对门槛扭矩有影响,在转角阶段,预紧力与摩擦因数无关。为了 获取稳定、可靠的预紧力,一般考虑三个阶段的影响因素,曲线如图1所示。

影响因素分析 

针对紧固过程的三个阶段出现的影响因素,收集曲线加以分析,并调查研究成因。 

1、紧固至转角起点阶段的影响因素 

粘滑是两物体相对运动摩擦引起的自激共振现象,在拧紧过程中扭矩随着角度的变化剧烈波动并产生螺栓“尖叫”。在扭矩从0拧紧至转角起点过程中出现粘滑现象,可能造成扭矩提前达到转角起点,使得最终的夹紧力偏小,拧紧曲线如图 2。

粘滑的主要成因:①过高的连接件表面粗糙度;②过高的摩擦系数;③过高或者过低的拧紧速度;④过低的反力臂刚度;⑤紧固过程中产生高温;⑥不连续的拧紧。


2、转角阶段的影响因素 

粘滑拧紧在转角阶段也是影响因素之一,可能造成过程中扭矩超出报警扭矩上限值从而出现报错,需更换新螺栓而影响生产。成因与在门槛扭矩以内阶段出现粘滑现象类似。

在转角阶段也出现拧紧过程中扭矩突降至 0,出现空转,而后又继续上升,拧紧曲线图如下(图 3)。

拧紧过程出现空转的原因:在紧固过程中拧紧轴电枪套筒脱出螺帽后又继续紧固现象造成“脱帽空转”,但最终扭矩在半径扭矩范围之内,由于转角角度不足最终使得夹紧力偏小。为了避免“脱帽空转”现象,可从两方面改进:①电枪程序作扭矩下降的监控,出现问题立即报警;②改进拧紧轴电枪机械臂机构,增加紧固过程往上挺的机构。

除了“脱帽空转”现象外,比较常见问题是转角阶段出现扭矩突降至某个值又突升值原来的扭矩曲线,形成倒尖角状(如图 4),每个倒尖角角度为 1°~ 5°不等。调查发现是连接件之间的间隙过多、过大引起的,例如某车型的副车架与车身大梁件的配合截面图5所示,各部件间存在较多的间隙。

避免扭矩曲线“倒尖角”现象出现,可从两方面改进:① 改进连接件结构,减少部件间隙;② 电枪程序作扭矩下降的监控,出现问题立即报警。 


3、超弹性区域的影响因素 

螺栓变形在屈服点上下的区域处于超弹性区域。在这个阶段常见的问题拧紧曲线为随着转角的增加,扭矩下降但仍在报警扭矩范围之内,如图 6。这是明显的“过屈服”现象,故障车螺栓明显出现滑牙甚至颈缩现象。

调查分析问题的成因主要为,①螺母或者螺栓螺牙不合格、平牙;②螺栓/螺母机械性能不合格;③紧固时歪斜强打,无预紧。

主要的解决方法为:①增加电枪程序监控,识别报警并更换螺栓;②提高螺栓/螺母机械性能等。


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