在多数的德国高端机械设备的工厂里,对于特殊部位组装时,关于拧螺丝,是有严格的操作手册指导完成的,施加多大的扭矩都有明确规范。
实际上,螺杆拧紧后,为了防止松动,应该施加额外的预紧力,这样松动的半圆预紧力就会被消除,螺杆在拧紧后会产生弹性变形,特别是在高温和振动载荷下,长时间地产生变形。长期持续的压力会产生蠕变,螺杆变成塑性变形,其强度会下降甚至失效。回复半圆是为了让弹性变形恢复一些,同时消除预应力,使螺杆在连续压力变形后或在弹性变形后,塑性应变和失效概率大大降低,从而使螺杆能够保持持续的高强度。TH的压力,直接扭转两个半圈是无法达到这个效果的。
告诉我一个细节故事:同一品牌车型车有原始进口和国内组装点。在国内集会的细节是管理者的头疼。在德国,工人把螺丝拧成三圈,然后按照指示返回半圈。在中国,装配工厂也是如此,但装配工人在后半圈更懒,但这种差别肉眼看不见。随着时间的推移,那个半圆的影响出现了。同一车型,国内部分车辆明显高于进口车故障和维修率。
拧紧过程的简要分析
1、541规则(即50%、40%、10%)
参见图A:通常情况下,在螺栓的拧紧过程中,实际转化为螺栓夹紧力的扭矩仅占10%,其余50%用于克服螺栓头下的摩擦力,40%用于克服螺纹副中的摩擦力,这就是“541”规则,主要反映夹紧力与摩擦力之间的关系。但若施加一定的改善措施(如涂抹润滑油)或螺纹副中存有缺陷(如杂质、磕碰等),该比例关系会受到不同影响而改变。
图B:螺栓连接件特性
拧紧过程的主要变量
1. 扭矩(T):所施加的拧紧动力矩,单位牛米(Nm);
2. 夹紧力(F):连接体间的实际轴向夹(压)紧大小,单位牛(N);
3. 摩擦系数(U):螺栓头、螺纹副中等所消耗的扭矩系数;
4. 转角(A):基于一定的扭矩作用下,使螺栓再产生一定的轴向伸长量或连接件被压缩而需要转过的螺纹角度。
螺栓拧紧的控制方法
1. 扭矩控制法
定义:当拧紧扭矩达到某一设定的控制扭矩时,立即停止拧紧的控制方法。
优点:控制系统简单、直接,易于用扭矩传感器或高精度扭矩扳手来检查拧紧的质量。
缺点:控制精度不高(预紧力误差±25%左右),也不能充分利用材料的潜力。
2. 扭矩-转角控制法
定义:先把螺栓拧到一个不大的扭矩后,再从此点开始,拧一个规定的转角的控制方法。
优点:螺栓轴向预紧力精度较高(±15%),可以获得较大的轴向预紧力,且数值可集中分布在平均值附近。
缺点:控制系统较复杂,要测量扭矩和转角两个参数;且质检部门也不易找出适当的方法对拧紧结果进行检查。
3. 屈服点控制法
定义:把螺栓拧紧到屈服点后,停止拧紧的一种方法。
优点:拧紧精度非常高,预紧力误差可以控制在±8%以内;但其精度主要取决于螺栓本身的屈服强度。
缺点:拧紧过程需要对扭矩和转角曲线的斜率进行动态的、连续的计算和判断,控制系统的实时性、运算速度等都有较高的要求。
閱讀更多 中華標準件網 的文章
