軟連接和硬連接在擰緊過程中的影響

在分析擰緊曲線和扭矩衰減時(shí)，不可避免要考慮連接副的軟硬，因?yàn)檐涍B接和硬連接不僅會(huì)影響擰緊的過程，也會(huì)影響擰緊后殘余扭矩和夾緊力的衰減。

我們通過本篇文章和老鐵們分享下軟連接和硬連接的定義、對(duì)擰緊曲線的影響、對(duì)殘余扭矩的影響和如何優(yōu)化連接副結(jié)構(gòu)？

1、軟連接和硬連接的定義

1.1 VDI/VDE 2647 對(duì)軟硬連接的定義

硬連接：從目標(biāo)扭矩的50%到100%，轉(zhuǎn)角變化小于30°的連接。

軟連接：從目標(biāo)扭矩的50%到100%，轉(zhuǎn)角變化大于360°的連接。

中性連接：從目標(biāo)扭矩的50%到100%，轉(zhuǎn)角變化為30-360°。

角度的計(jì)算起點(diǎn)是50%的目標(biāo)扭矩，等效于從0到100%的目標(biāo)扭矩，硬連接的轉(zhuǎn)角變化不大于60度，軟連接的轉(zhuǎn)角變化不小于720度。

舉個(gè)例子，某連接副擰緊工藝是200 Nm，如果該連接副從100Nm至200Nm的擰緊角度小于30°，連接副為硬連接；擰緊角度大于360°，連接副為軟連接；擰緊角度為30-360°，連接副為中性連接。 

兩種標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別是角度的計(jì)算起點(diǎn)不同，軟連接的等效轉(zhuǎn)角變化相同，即軟連接的定義是相同的，IS05393對(duì)硬連接的轉(zhuǎn)角變化定義的更小，連接更硬。

1.2 ISO 5393對(duì)于軟硬連接的定義

說到軟硬連接的定義，首先要了解貼合扭矩，擰緊扭矩過了貼合扭矩后，扭矩會(huì)更多的轉(zhuǎn)化為夾緊力。在ISO 5393中，貼合點(diǎn)扭矩定義為*終扭矩的10%。

硬連接：從貼合扭矩（即*終扭矩的10%）旋轉(zhuǎn)27°以內(nèi)達(dá)到目標(biāo)扭矩的連接，等效于從0 Nm開始計(jì)算到達(dá)目標(biāo)扭矩，總旋轉(zhuǎn)角度不大于30°。

軟連接：從貼合扭矩（即*終扭矩的10%）旋轉(zhuǎn)650°以上達(dá)到目標(biāo)扭矩的連接，等效于從0 Nm開始計(jì)算到達(dá)目標(biāo)扭矩，總旋轉(zhuǎn)角度不小于720°。

中性連接：從貼合扭矩（即*終扭矩的10%）旋轉(zhuǎn)27°-650°達(dá)到目標(biāo)扭矩的連接，等效于從0 Nm開始計(jì)算到達(dá)目標(biāo)扭矩，總旋轉(zhuǎn)角度在30-720°。

舉個(gè)例子，某連接副擰緊工藝是200 Nm，其貼合扭矩為0.1*200=20 Nm，如果該連接副從20Nm至200Nm的擰緊角度小于27°，連接副為硬連接；擰緊角度大于650°，連接副為軟連接；擰緊角度為27-650°，連接副為中性連接。

2、扭矩偏差

由于連接副軟硬特性的差異，相同的擰緊工具在不同連接副上擰緊的扭矩差異為扭矩偏差（轉(zhuǎn)角法擰緊）。

由于被連接件制作和匹配的差異，不同批次的零件軟硬程度也不完全一樣，這也是轉(zhuǎn)角法擰緊*終扭矩偏差和扭矩法擰緊終緊角度偏差重要的原因之一。

如何減少扭矩偏差呢？我們提供如下建議：

適當(dāng)降低工具速度可減小均值偏差。

提升擰緊槍的精度可減小均值偏差。

使用兩步擰緊替代一步擰緊，可以在降低*終擰緊速度的情況下保證效率，減小均值偏差。

減少**步設(shè)定的扭矩，用較慢的速度完成*終擰緊可減小均值偏差。

· 減少零件之間的制造的差異。

3、扭矩的衰減

硬連接和軟連接發(fā)生扭矩衰減的程度不同。硬連接發(fā)生扭矩衰減的主要原因是材料嵌入，軟連接發(fā)生扭矩衰減的主要原因是連接件材料蠕變。

總的來(lái)說，硬連接的扭矩衰減較小，軟連接的扭矩衰減較大。

按照再擰緊的方法測(cè)試殘余扭矩，硬連接和軟連接的再擰緊扭矩要求如下：

對(duì)硬連接：0.8*工藝扭矩≤再擰緊扭矩≤1.2*工藝扭矩

對(duì)軟連接：0.5*工藝扭矩≤再擰緊扭矩≤1.2*工藝扭矩

4、動(dòng)態(tài)扭矩和靜態(tài)扭矩對(duì)比

動(dòng)態(tài)扭矩為在擰緊過程中扭矩傳感器測(cè)量到的扭矩，靜態(tài)扭矩為擰緊結(jié)束后用扭矩扳手測(cè)量到的扭矩。

靜態(tài)滑移點(diǎn)指的是螺栓從靜摩擦到動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變的點(diǎn)，也即是通過再擰緊扭矩法測(cè)試到的殘余扭矩點(diǎn)。

硬連接的靜態(tài)扭矩一般高于動(dòng)態(tài)扭矩，軟連接的靜態(tài)扭矩一般低于動(dòng)態(tài)扭矩。

5、軟連接和硬連接的應(yīng)用

擰緊的目的為了連接副能產(chǎn)生足夠的夾緊力，而軟連接的夾緊力和扭矩的衰減一般都較大。因此，對(duì)重要部位的擰緊設(shè)計(jì)和制造，建議采用硬連接和中性連接。

下圖所示的連接，因?yàn)橐r套過短，擰緊過程的轉(zhuǎn)角較大，扭矩和夾緊力衰減較多，連接副為軟連接。

因此，建議優(yōu)化成右圖所示的結(jié)構(gòu)，增加金屬襯套的長(zhǎng)度，讓螺栓完全擰在金屬襯套上，連接副為硬連接或中性連接，扭矩和夾緊力衰減較小。

下圖所示的焊接結(jié)構(gòu)，因?yàn)楹附雍蟠嬖陂g隙，導(dǎo)致連接副為軟連接。因此建議優(yōu)化連接結(jié)構(gòu)的焊接，減少焊接間隙，使連接結(jié)構(gòu)為硬連接和中性連接，相比于優(yōu)化前，連接結(jié)構(gòu)的扭矩和夾緊力衰減較小。