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螺栓拧紧过程中扭矩的控制方法盘点

发布时间:2024-01-05

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拧紧过程介绍:

在螺栓拧紧过程中,总体的受力情况是螺栓受拉而连接件受压,大致分为以下几个阶段:

1. 在开始拧紧时,由于螺栓头为靠近工件,故压紧力为零。但由于存在摩擦力,故扭矩保持在一个较小的数值。

2. 当螺栓头部靠近工件后,真正的拧紧才开始,压紧力和扭矩随转角的增加而迅速上升。

3.当达到屈服点螺栓开始塑性变形,转角增加较大而压紧力和扭矩却增加较小,甚至不变。

4. 再继续拧紧,力矩和压紧力下降,直至螺栓产生断裂。

 

控制方法盘点:

1. 扭矩控制法

扭矩控制是指拧紧螺栓至设定的扭矩后,拧紧控制机构停止动作。这种方法的优点是较为简便,而且扭矩容易复验,夹紧力波动较大,不能鉴别螺栓的异常状态,常见工位在不涉及安全方面的拧紧,如车体组件,黑白家电等。

影响扭矩法精度的最大因素不是控制系统本身的精度,主要是由于螺栓的材质、加工精度、润滑状态、拧紧速度等的不同,从而影响螺纹表面之间、螺母承压面等各个螺纹联接处的摩擦系数的变化。

在实际应用中,摩擦力的离散状态非常严重,所以预紧力的离散值往往可以达到±2030%,为了保证一定的预紧力,在用扭矩法控制的螺纹联接中往往采用较高的设计余量,以此弥补扭矩控制带来的偏差。目前大多数非关键部位的螺纹联接仍使用扭矩法。

 

2. 扭矩控制角度监控

在扭矩控制法中,把拧紧扭矩作为拧紧的控制参数,而把从某一扭矩开始到达到目标扭矩拧紧结束,螺栓/螺母拧紧的角度作为监控值,这种对拧紧角度进行监控的方法叫扭矩控制角度监控。

在正常情况下,拧紧达到扭矩要求前一段区间内,力矩和角度基本为线性变化,变化率基本上恒定。扭矩控制法的夹紧力变化误差在± 25%以内,其特点是扭矩控制、角度监控、测量容易,使用标准螺栓且螺栓可重复使用,紧固错误易检查等,夹紧力波动较大,但可以鉴别螺栓的异常状态。常见工位在车轮、车身、发动机、变速箱等。

 

3. 角度控制扭矩监控

在扭矩转角控制法中,把拧紧角度作为拧紧的控制参数,首先将螺栓拧紧到某一个扭矩值,然后再从此点开始,将螺栓于螺母相对转动一个角度至目标角度拧紧结束时螺栓/螺母拧紧的扭矩作为监控值,这种对拧紧角度进行监控的方法叫角度控制扭矩监控。

扭矩/转角控制法的夹紧力变化误差在±15%以内,其特点是角度控制、扭矩监控,摩擦影响小、夹紧力变化较小、螺栓不可重复使用,常见工位在连杆、发动机主轴承、飞轮、发动机缸盖、刹车盘卡钳、转向器等。

 

4. 屈服点控制法

屈服点控制法是把螺栓拧紧至屈服点后,停止拧紧的一种方法,它是利用材料屈服的现象而发展起来的一种高精度的拧紧方法,这种控制方法是通过对拧紧的扭矩/转角曲线斜率的连续计算和判断来确定屈服点的。

屈服点法利用了材料从弹性变形区向塑性变形区过渡时的特性,但屈服点法同样要进行严格的试验或检测,以防螺栓和螺纹损坏或断裂。

在屈服点控制法中,预紧力的大小主要取决于紧固件的屈服强度,因此能得到较大的预紧力,预紧力的离散度也较小,而且预紧力不受摩擦系数变化的影响。屈服点控制法要求对零件表面进行严格的处理,任何打滑和阻滞现象都会使扭矩/转角曲线偏离正常的范围从而使控制系统发出错误警告。常见工位在安全密切相关的部件或发动机内的高可靠性部件,如:制动器、发动机缸盖、液压泵等

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