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，也是因為它的簡單性和工程師對它的廣泛理解。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，扭矩擰緊會導(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)計的預(yù)緊力所需的標(biāo)準(zhǔn)扭矩通常可以從表中確定，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 (例如使用尼龍嵌件的情況)，將會改變扭矩分布。當(dāng)存在*大鎖緊扭矩時，實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發(fā)生改變。

當(dāng)預(yù)緊力低于設(shè)計要求時，結(jié)構(gòu)中的其他元件通常會出現(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，或者由于螺栓松動支架失效。

案例研究通常有助于理解。圖示的發(fā)動機(jī)懸置支架使用M14螺栓，將發(fā)動機(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)載時襯套移動。

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)使用了扭矩擰緊方法。在這種情況下，預(yù)載要求包括兩個要素。

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

另一個預(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。

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，也不會出現(xiàn)接頭運(yùn)動，因此也不會出現(xiàn)故障。

如果允許襯套相對于板材移動，當(dāng)施加負(fù)載或改變負(fù)載時，螺母很可能會自動松動。即使使用可靠鎖緊裝置，滑動瞬間會導(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。

在接頭設(shè)計完成后，由于決定提高發(fā)動機(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擰緊的預(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，因此，預(yù)計一部分產(chǎn)品會失效。

眾所周知，接頭的橫向運(yùn)動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)動也會導(dǎo)致螺栓彎曲，從而導(dǎo)致疲勞失效。

在這種情況下，通常會進(jìn)行重新設(shè)計以增加螺栓的尺寸。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。因為板的平整度不同，所以不能只指定一個緊固角度。

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 (因為一圈等同于將螺栓延伸一個完整的螺距)。

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。正是因為這個原因，扭矩轉(zhuǎn)角擰緊方法在OEM公司中變得越來越流行。