轉(zhuǎn)角擰緊法的應(yīng)用

    日期:2025-07-29 08:47
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    摘要:轉(zhuǎn)角擰緊法的應(yīng)用

    使用扭矩間接控制螺栓的預(yù)緊力是迄今為止*流行的控制緊固方法,也是因?yàn)樗暮唵涡院凸こ處煂λ膹V泛理解。將螺紋緊固件用于結(jié)構(gòu)中的首要問題之一是很難保持一致的夾緊力或預(yù)緊力。 


    眾所周知,扭矩?cái)Q緊會(huì)導(dǎo)致預(yù)緊力顯著的可變性,然而,許多結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)完整性是基于確保達(dá)到并保持一定水平的*小預(yù)緊力。將螺栓擰緊到設(shè)計(jì)的預(yù)緊力所需的標(biāo)準(zhǔn)扭矩通??梢詮谋碇写_定,或者通過使用扭矩和由此產(chǎn)生的螺栓張力之間的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算來確定。作用于螺栓螺紋和螺栓頭下方的摩擦消散了大部分?jǐn)Q緊扭矩,通常只有大約15% 的扭矩實(shí)際用于延伸緊固件。大部分扭矩用于克服螺栓頭下和螺紋中的摩擦。

    當(dāng)使用鎖緊類型的螺母或螺栓時(shí) (例如使用尼龍嵌件的情況),將會(huì)改變扭矩分布。當(dāng)存在*大鎖緊扭矩時(shí),實(shí)際用于拉伸螺栓的施加扭矩的比例通常約為10%。

    螺紋中的摩擦通常吸收27% 和高達(dá)29% 的扭矩用于使克服鎖緊力矩使螺母沿螺紋向下旋轉(zhuǎn)。由于緊固件的使用次數(shù)的變化,緊固件之間的這些比率中也會(huì)發(fā)生改變。

     

    當(dāng)預(yù)緊力低于設(shè)計(jì)要求時(shí),結(jié)構(gòu)中的其他元件通常會(huì)出現(xiàn)故障。例如:密封墊圈由于沒有足夠的夾緊負(fù)載來保持密封而泄漏,或者由于螺栓松動(dòng)支架失效。

    案例研究通常有助于理解。圖示的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置支架使用M14螺栓,將發(fā)動(dòng)機(jī)固定到結(jié)構(gòu)上。外部載荷為20kN,使用扭矩控制擰緊,應(yīng)評估分析螺栓提供的預(yù)緊力是否足以防止施加20kN負(fù)載時(shí)襯套移動(dòng)。

     

    下圖,預(yù)緊力需求表顯示了螺栓預(yù)緊力的變化性,假設(shè)使用了扭矩?cái)Q緊方法。在這種情況下,預(yù)載要求包括兩個(gè)要素。

    首先,由于嵌入,預(yù)計(jì)會(huì)損失少量預(yù)加載。當(dāng)表面不規(guī)則性被高表面應(yīng)力壓平時(shí),嵌入或沉降發(fā)生在接頭中。在所有螺栓連接上,在或多或少的都會(huì)發(fā)生一定程度的嵌入。

     

    另一個(gè)預(yù)緊力要**應(yīng)施加足夠的預(yù)緊力,以使板材和襯套之間的摩擦所提供的摩擦力足以防止任何接頭滑動(dòng)。

    從圖表中可以看出,*小預(yù)期預(yù)載大于預(yù)載需求。這意味著,即使在*壞的條件下,也不會(huì)出現(xiàn)接頭運(yùn)動(dòng),因此也不會(huì)出現(xiàn)故障。

    如果允許襯套相對于板材移動(dòng),當(dāng)施加負(fù)載或改變負(fù)載時(shí),螺母很可能會(huì)自動(dòng)松動(dòng)。即使使用可靠鎖緊裝置,滑動(dòng)瞬間會(huì)導(dǎo)致表面磨損從而導(dǎo)致預(yù)緊力損失和螺栓彎曲,進(jìn)而導(dǎo)致螺栓疲勞失效。

    因此,強(qiáng)烈的要求,即使在*差的預(yù)期條件下,螺栓也應(yīng)有足夠的預(yù)緊力來防止任何接頭運(yùn)動(dòng)。

    在接頭設(shè)計(jì)完成后,由于決定提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能并進(jìn)行其他更改,導(dǎo)致施加到襯套的負(fù)載從20 kN增加到40 kN。下圖顯示了這種情況下使用扭矩?cái)Q緊的預(yù)緊力需求圖表。

    可以看出,在這種新情況下,預(yù)載要求超過了*小預(yù)載條件。這意味著,由于螺栓在大部分情況下都不能提供足夠的摩擦力來防止襯套移動(dòng),因此,預(yù)計(jì)一部分產(chǎn)品會(huì)失效。

    眾所周知,接頭的橫向運(yùn)動(dòng)是緊固件自松的主要原因。即使使用化學(xué)粘合劑將螺母鎖定在螺紋上,該運(yùn)動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致螺栓彎曲,從而導(dǎo)致疲勞失效。

     

    在這種情況下,通常會(huì)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)以增加螺栓的尺寸。然而,在這種情況下,空間又限制了這樣的設(shè)計(jì)變化。為了減少由于緊固過程而出現(xiàn)的大散差,進(jìn)行評估另一種緊固方法。

    眾所周知,扭矩轉(zhuǎn)角擰緊方法可以提供較高的預(yù)緊力,但在擰緊過程中需要更多的注意和考慮。

    使用扭矩轉(zhuǎn)角擰緊方法,規(guī)定初始擰緊扭矩150Nm,可使接頭中的金屬完全緊密接觸。因?yàn)榘宓钠秸炔煌?,所以不能只指定一個(gè)緊固角度。

    然后,指定了90度的轉(zhuǎn)角,指定轉(zhuǎn)角角度等同于指定螺栓的延伸或拉伸 (因?yàn)橐蝗Φ韧趯⒙菟ㄑ由煲粋€(gè)完整的螺距)。

    轉(zhuǎn)角角度被確定以便螺栓屈服而不斷裂。通過擰緊到螺栓屈服,摩擦對預(yù)緊力的巨大變化的影響在很大程度上被消除了。

     

    下圖預(yù)緊力需求圖表表明,*小預(yù)緊力現(xiàn)在大于防止接頭滑動(dòng)所需的預(yù)緊力。因此,在不增加螺栓的尺寸或強(qiáng)度的情況下,達(dá)到接頭的預(yù)期設(shè)計(jì)需求。

    如果在此應(yīng)用中使用扭矩控制的擰緊,由于摩擦力散差引起的預(yù)緊力顯著變化,則需要M16或者更大螺栓。正是因?yàn)檫@個(gè)原因,扭矩轉(zhuǎn)角擰緊方法在OEM公司中變得越來越流行。

     

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