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螺纹紧固件的拧紧方法

发布日期:2024-05-14 14:55:02   浏览量 :19
发布日期:2024-05-14 14:55:02  
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使用螺栓接头的主要问题之一是所选择的螺栓紧固方法的精度,以实现精确的预紧力。由于拧紧方法不准确而导致的预紧力不足是螺栓连接失效的常见原因。对于设计者来说,了解拧紧螺栓所采用的主要方法的特点和特点非常重要。下面简要总结了主要的螺栓拧紧方法。但请注意,无论使用何种方法拧紧螺栓,都会出现一定程度的螺栓预紧力分散。

有六种主要方法用于控制螺纹紧固件的预紧力。具体来说:

1.扭矩控制拧紧

2.角度控制拧紧。

3.控制产量紧缩。

4.螺栓拉伸法。

5.热紧。

6.使用张力指示方法。


1.扭矩控制拧紧

控制紧固件拧紧的扭矩是最流行的控制预紧力的方法。将螺栓拧紧至给定预紧力所需的标称扭矩可以通过表格确定,也可以通过使用扭矩与最终螺栓张力之间的关系进行计算来确定。

当螺栓被拧紧时,由于伸长应变,杆部承受直接应力,并且由于作用在螺纹上的扭矩而承受扭转应力。大多数螺栓紧固扭矩表忽略了扭转应力,并假定螺纹中的直接应力占螺栓屈服应力的一定比例,通常为75%。对于高摩擦条件,扭转应力的大小可能会导致当与直接应力结合时,可能会产生超过屈服的等效应力,从而导致失效。更一致的方法是确定直接应力的大小,当与扭转结合时,将给出一定比例的屈服的等效应力。这种方法常用的比例是90%。

扭矩主导紧固件通常用于存在振动松动风险的地方。主导扭矩会在拧紧过程中增加螺栓杆中的扭转应力。这会影响拧紧扭矩到螺栓预紧力的转换,在确定此类紧固件的正确扭矩值时应考虑到这一点。


通过研究上图可以看出,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% 到 95% 之间),因此摩擦条件略有变化会导致螺栓预紧力发生较大变化。通过使用所谓的摩擦稳定剂可以减少这种影响。这些物质涂在紧固件上以减少摩擦分散。提高该方法准确度的其他方法有:

1. 请勿使用平垫圈。它们的使用会导致在拧紧过程中从螺母到垫圈、垫圈到接合面的相对运动发生变化。这是改变摩擦半径的效果,从而影响扭矩-张力关系。如果由于轴承压力过大,需要更大的轴承面,则应考虑使用法兰螺母和螺栓。

2. 通过完成测试确定正确的紧固扭矩。应变计可以安装在螺栓杆上,并在实际接头上完成拧紧。可以使用螺栓头下方的称重传感器,但它不如应变测量那么准确,因为接头特性已经改变。

3. 如果通过试验确定实际拧紧扭矩不可行,则使用可用的最佳信息(即紧固件表面处理、螺母头轴承表面尺寸和主要扭矩特性(如果适用))确定拧紧扭矩。

4. 确保装配图上规定的拧紧扭矩值。引用正负5%的公差是很好的做法。更不寻常的是,安装后需要使用校准的扭矩扳手来检查扭矩。用于拧紧螺栓的方法对预紧力分散度有显着影响(见下文)。


2.角度控制拧紧

这种方法也称为转动螺母方法,在第二次世界大战后不久被引入用于手动装配,当时指定了一定的拧紧角度。该方法已应用于动力扳手,螺栓被拧紧至超出弹性范围的预定角度,并导致预紧力的微小变化,部分原因是屈服应力公差。该方法的主要缺点在于需要精确地确定角度,如果可能的话,还需要通过实验确定角度;此外,紧固件在失效之前只能承受有限次数的重新应用。


3.屈服控制紧缩

该方法由 SPS 组织开发,也以专有名称“联合控制方法”而闻名。通过这种方法可以最大限度地减少摩擦及其分散的影响,从而获得非常精确的预紧力。该方法源于工匠对扳手的“感觉”,这使他能够以合理的精度检测紧固件的屈服点。通过该方法的电子等效方法,使用对被拧紧的螺栓的扭矩梯度敏感的控制系统。快速检测该梯度的斜率变化表明已达到屈服点并停止拧紧过程。这是通过在拧紧过程中结合传感器来读取扭矩和角度来实现的。由于旋转角度和扭矩均由控制系统测量,

由于摩擦的影响,该方法仍会产生小程度的预紧分散。该方法检测紧固件在拉扭联合作用下的屈服点。螺纹摩擦力越高,扭转应力就越高,对于给定的屈服值,由于直接应力较低,因此预紧力也较低。

该方法已用于关键应用,例如气缸盖和连杆螺栓,以便能够实现一致的高预紧力(这可以允许使用更小的螺栓)。然而,由于使用该方法所需的工具成本较高(包含控制电路的手动扳手的成本比传统扭矩扳手高出许多倍),因此不太可能广泛采用该方法。(尽管制造商可能能够投资设备,但除非维修人员拥有类似的设备,否则设计者不能依赖于现场维持高预载。)


4.螺栓拉伸方法

与大型螺栓的紧固相关的问题是需要非常高的紧固扭矩。虽然使用液压扭矩扳手可以部分克服这个问题(然而扭矩的反作用可能是一个问题),但对于直径超过20毫米的螺栓,使用液压张紧装置是很常见的。该方法使用安装在螺母上的小型液压油缸,螺栓/螺柱的螺纹部分突出超过螺母,并附接有螺纹拉拔器。来自小泵的液压油作用在液压油缸上,液压油缸又作用在拉拔器上。这被传递到螺栓,导致发生延伸。然后,可以借助螺丝刀,借助一体式套筒,用手旋转螺母。

液压的控制有效地控制了螺栓中的预紧力。然而,当由于螺母在负载下弹性变形而消除压力时,确实会发生少量预载减少。使用这种方法去除腐蚀螺栓的螺母可能会出现问题。


5.热紧固

热紧固利用螺栓的热膨胀特性。螺栓被加热并膨胀:螺母被转位(使用转角方法)并使系统冷却。当螺栓试图收缩时,它会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、铠装加热线圈和碳电阻元件。该过程很慢,特别是在要测量螺栓中的应变时,因为每次测量系统都必须返回到环境温度。这不是一种广泛使用的方法,通常仅用于非常大的螺栓。


6.张力指示方法

此类别包括使用特殊载荷指示螺栓、载荷指示垫圈以及使用确定紧固件长度变化的方法。间接测量螺栓张力的方法有很多种,此处介绍的讨论并不详尽。


文章来源于智能紧固件及紧固工具,侵删。

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