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4种螺栓预紧方法介绍,我们最常用的扭矩法竟然是精度最低的

发布日期:2024-01-30 16:14:43   浏览量 :28
发布日期:2024-01-30 16:14:43  
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螺栓是机械设备中最常用的标准件,没有之一,螺栓失效也是设备中比较常见的,引起螺栓失效的原因很多,螺栓安装不合格时最主要的原因之一,螺栓过拧或预紧力不足都是安装不当导致的。今天就聊聊螺栓的拧紧方法有哪些?

其实今天说的螺栓拧紧方法是不完全正确的,螺栓拧紧的目的是使螺栓获得一个初始的预紧力,在有些情况下,螺栓预紧力的获得不是靠拧的,而是直接拉拔实现的,因此说螺栓紧固比较严谨些。那螺栓紧固的方法有哪些呢?

1.扭矩控制法拧紧螺栓

2.转角控制法拧紧螺栓

3.屈服点法拧紧螺栓

4.直接拉伸法预紧螺栓


1.扭矩控制法拧紧螺栓

螺栓拧紧的目的是为了让螺栓在承受外载荷之前,先获得一定的预紧力,为什么要使螺栓先获得一定的预紧力这个以后会解释。力矩控制法拧紧螺栓的原理是什么呢,螺栓上的螺纹是螺旋线,当顺时针拧紧螺母时,螺母沿螺栓上螺旋线向下移动,螺母与螺栓六角头间的距离变短,螺母与六角头螺栓把被连接件加紧,当继续拧紧螺母时,螺栓被拉长,产生螺栓预紧力。

由于扭矩法控制螺栓紧固力时,联接副各个接触面的摩擦系数对螺栓的紧固力影响较大,对于比较重要的场合,扭矩控制法也需要对拧紧时的转角进行监控,如果转角超出合理的范围时,需要评估联接副是否存在其他方面的失效可能。


扭矩控制法—转角vs 扭矩关系

利用扭矩控制法紧固的螺栓,一般都会比较严格的控制螺栓的表面粗糙度和润滑情况,工程上规定扭矩系数和扭矩系数标准差,也就是扭矩系数必须在一定范围内,太大了不行,太小了也不能接受。

K=扭矩系数

d=螺栓公称直径

F=螺栓预紧力

T=紧固扭矩

T=k*F*d

根据JGJ82-2011《钢结构高强度螺栓连接技术规程》和GB50205-2017《钢结构工程施工质量验收规范》的规定,高强度螺栓扭矩系数应该控制在0.11到0.15范围之内,扭矩系数标准差应该控制在0.01内。这样可以保证螺栓在施加一定的拧紧扭矩情况下,螺栓的预紧力在设计的范围内。


2.转角控制法

转角控制法通过控制螺母的拧紧角度来控制螺栓的预紧力,我们知道当螺母在螺栓上旋转一圈,螺母距螺栓头的距离接近或远离一个螺纹螺距的距离。当拧紧时,被连接件厚度变化很小,螺栓被拉长,根据弹性理论,螺栓伸长量与刚度系数的积即为螺栓的预紧力。

利用转角控制法紧固螺栓时,螺栓伸长量和螺栓预紧力这种比例关系是在被连接件完全贴合并且被连接件和螺栓没有发生塑性变形的情况下才成立的,因此在控制转角之前必须保证连接面是贴紧的,因此就需要一个起始扭矩,连接件接触面紧紧贴合,起始扭矩之后进行转角控制,同时为了判断拧紧过程中质量的稳定性,通常也会对扭矩进行监控,一般扭矩也会在一定范围内。


转角控制法和扭矩控制法,是在实际应用中用的比较多的方法,操作相对简单,工具也是比较常用的工具。

转角控制法与扭矩控制法相比可以把螺栓预紧力控制在比较窄的范围内,预紧力控制的更精准,相比较扭矩控制法,转角法操作起来比较麻烦,每个螺栓拧紧时都要测量旋转角度,效率相对较低,扭矩法只需设定拧紧工具的力矩值即可。


3.屈服点法拧紧

屈服点拧紧法的理论目标是将螺栓拧紧到刚过屈服极限点。采用屈服点拧紧时,首先将螺栓拧紧到某一个规定的起始力矩,从这点开始,设备监控拧紧曲线的斜率值的变化,如果斜率下降到超过了设定值,那么就认为把螺栓拉伸到了屈服点,工具停止运行。屈服点拧紧法最大的优点是将摩擦系数不同的螺栓都拧紧到其屈服点,最大限度的发挥了螺纹件强度的潜力,但是它对干扰因素比较敏感,同时对螺栓的性能及结构设计要求极高,对是否达到屈服点的判断需要实时监控扭矩梯度,控制难度较大。因此拧紧工具的价格比较昂贵。


屈服点法由于螺栓受到的拉应力已经达到屈服应力,综合应力可能已经超出屈服应力,对于要求较高的连接来说,我们一般都需要一定的安全系数,安全系数通常取1.1(以屈服应力判断)或1.2(以抗拉强度判断),因此8.8级及以上的螺栓不适于用屈服点控制法来紧固螺栓。并且这种连接不适用于工作中螺栓承受轴向交变载荷的情况,因为在这种工况下螺栓的综合应力会发生永久变形,螺栓预紧力在无外载荷工况下会产生较大的应力松弛,螺栓预紧力降低可能增加螺栓应力范围,使螺栓疲劳寿命降低。


4.直接拉伸法

直接拉伸法通过拉伸设备将螺栓拉伸然后拧紧螺母,依靠螺栓材料的回弹紧固螺栓。


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。


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