螺栓多種擰緊工藝分析

螺栓多種擰緊工藝分析 
目前，有六種主要擰緊方法用于控制螺紋緊固件的預緊力。具體說來：
?扭矩控制擰緊
?角度控制擰緊
?屈服控制擰緊
?螺栓拉伸法
?熱擰緊
?落座點—轉角（SPA）控制法。
1扭矩控制擰緊
扭矩擰緊到的指定扭矩是控制預緊力的*常用方法。將螺栓擰緊到指定預緊力所需的額定扭矩，大型公司都有相應的扭矩表，可以從表中確定，或者通過使用扭矩與產生的螺栓拉力之間的關系進行計算來確定。

從上圖的研究可以看出，扭矩擰緊的一個基本問題是，由于大部分扭矩用于克服摩擦（通常在施加扭矩的85%至95%之間），摩擦條件的微小變化會導致螺栓預緊力的較大變化。

通過使用所謂的摩擦穩定劑可以減少這種效應。這些是涂覆在緊固件上的物質，以減少摩擦散差。提高該方法準確性的其他方式有：
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使用墊圈;墊圈可使得螺栓頭下摩擦更穩定，但是要防止墊圈轉動，因為這會改變摩擦半徑，從而影響扭矩-預緊力的關系。如果由于接觸面壓力過大，需要更大的接觸面，可考慮使用法蘭螺母和螺栓。
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通過測試確定正確的擰緊扭矩，可通過貼應變片的測試方式測試出合適的擰緊扭矩。
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使用更**的擰緊扳手也是提高預緊力精度的一種方式。

2角度控制擰緊

雖然是轉角法，但在*終擰緊階段仍會設一個扭矩監控區間。為了防止由于螺紋堵塞，未達到設定的角度，螺栓就因扭矩過大被擰斷而造成不必要的損失，所以會有一個扭矩上限值。這種方法的主要缺點在于需要**地確定角度，還需要進行實驗確定。

3屈服控制擰緊

通過這種方法，可以通過*小化摩擦及其散差帶來的影響，來實現非常**的預緊力。使用對被擰緊螺栓的扭矩梯度敏感的電子控制系統，快速檢測該梯度的斜率變化，斜率快速的變化表明已達到屈服點，并停止擰緊過程。
這是結合傳感器在擰緊過程中讀取扭矩和角度來實現的。此方法對螺栓機械性能控制要求較高，機械性能越穩定，則預緊力散差越低。
該方法已用于關鍵應用，例如氣缸蓋和連桿螺栓，可實現始終如一的高預緊力（這樣可以設計較小的螺栓）。
然而，由于使用這種方法所需的工具成本（包含控制電路的扳手的成本是傳統扭矩扳手的數倍），因此不太可能廣泛采用這種方法。

4螺栓拉伸法

與大螺栓擰緊相關的問題是需要非常高的擰緊扭矩，但對于直徑超過20mm的螺栓，使用液壓張緊裝置是司空見慣的。

直接拉伸法原理簡單，操作簡單，緊固精度高，但是拉伸設備價格較高，作業效率低。螺栓高出螺母高度至少要一倍公稱直徑的高度，要求有比較大的操作空間，僅用在工作要求很高的場合
液壓的控制有效地控制了螺栓中的預緊力。然而，當壓力被移除時，確實會發生少量的預緊力降低，因為螺母在負載下會彈性變形。

5熱擰緊

熱緊利用螺栓的熱膨脹特性。螺栓被加熱并膨脹，在此狀態下擰緊螺母。冷卻后，當螺栓收縮，它受到夾緊材料的縱向約束，并產生預緊力。加熱方法包括直接火焰、護套加專線圈和電阻元件。
這種方法預緊力**，且螺栓不受擰緊力矩作用影響，但設備昂貴，不是一種廣泛使用的方法，通常只用于非常大的螺栓。

6 坐落點——轉角（SPA）控制法

是*新出現的一種控制方法，它是在扭矩-轉角法基礎上發展起來的。扭矩-轉角法是以某一預扭矩Ts為轉角的起點，而SPA法計算轉角的起點，采用扭矩曲線的線性段斜率與轉角A坐標的交點S（見圖）。

圖中：F2是SPA法*大螺栓軸向預緊力誤差。從圖中可見，采用扭矩-轉角法時，由于預扭矩TS的誤差,在轉過相同的轉角A1后，相對于兩個彈性系數高低不同的擰緊工況，其螺栓軸向預緊力*大誤差為F1；
如若采用SPA法，由于是均從落座點S開始轉過A2轉角后，相對于兩個彈性系數高低不同的擰緊工況，其螺栓軸向預緊力誤差為F2。
顯然F2小于F1，即落座點—轉角控制法擰緊精度高于扭矩－轉角控制法。采用SPA法，摩擦系數大小對于螺栓軸向預緊力的影響幾乎可以完全消除。
下圖為擰緊中不同摩擦系數所對應的扭矩－轉角關系曲線。


圖中摩擦系數：μ1>μ2>μ3。雖然不同的摩擦系數所對應的扭矩－轉角關系曲線的斜率不同，但其落座點(曲線線性段的斜率與橫軸的交點)相差不大。
故從此點再擰一個角度Ac，不同摩擦系數對螺栓軸向預緊力的影響基本可以消除。
SPA法與扭矩-轉角法比較，其主要優點是：能克服在Ts時已產生的扭矩誤差，因此，可以進一步提高擰緊精度。