在多數的德國高端機械設備的工廠裡,對於特殊部位組裝時,關於擰螺絲,是有嚴格的操作手冊指導完成的,施加多大的扭矩都有明確規範。
實際上,螺桿擰緊後,為了防止鬆動,應該施加額外的預緊力,這樣鬆動的半圓預緊力就會被消除,螺桿在擰緊後會產生彈性變形,特別是在高溫和振動載荷下,長時間地產生變形。長期持續的壓力會產生蠕變,螺桿變成塑性變形,其強度會下降甚至失效。回覆半圓是為了讓彈性變形恢復一些,同時消除預應力,使螺桿在連續壓力變形後或在彈性變形後,塑性應變和失效概率大大降低,從而使螺桿能夠保持持續的高強度。TH的壓力,直接扭轉兩個半圈是無法達到這個效果的。
告訴我一個細節故事:同一品牌車型車有原始進口和國內組裝點。在國內集會的細節是管理者的頭疼。在德國,工人把螺絲擰成三圈,然後按照指示返回半圈。在中國,裝配工廠也是如此,但裝配工人在後半圈更懶,但這種差別肉眼看不見。隨著時間的推移,那個半圓的影響出現了。同一車型,國內部分車輛明顯高於進口車故障和維修率。
擰緊過程的簡要分析
1、541規則(即50%、40%、10%)
參見圖A:通常情況下,在螺栓的擰緊過程中,實際轉化為螺栓夾緊力的扭矩僅佔10%,其餘50%用於克服螺栓頭下的摩擦力,40%用於克服螺紋副中的摩擦力,這就是“541”規則,主要反映夾緊力與摩擦力之間的關係。但若施加一定的改善措施(如塗抹潤滑油)或螺紋副中存有缺陷(如雜質、磕碰等),該比例關係會受到不同影響而改變。
圖B:螺栓連接件特性
擰緊過程的主要變量
1. 扭矩(T):所施加的擰緊動力矩,單位牛米(Nm);
2. 夾緊力(F):連接體間的實際軸向夾(壓)緊大小,單位牛(N);
3. 摩擦係數(U):螺栓頭、螺紋副中等所消耗的扭矩係數;
4. 轉角(A):基於一定的扭矩作用下,使螺栓再產生一定的軸向伸長量或連接件被壓縮而需要轉過的螺紋角度。
螺栓擰緊的控制方法
1. 扭矩控制法
定義:當擰緊扭矩達到某一設定的控制扭矩時,立即停止擰緊的控制方法。
優點:控制系統簡單、直接,易於用扭矩傳感器或高精度扭矩扳手來檢查擰緊的質量。
缺點:控制精度不高(預緊力誤差±25%左右),也不能充分利用材料的潛力。
2. 扭矩-轉角控制法
定義:先把螺栓擰到一個不大的扭矩後,再從此點開始,擰一個規定的轉角的控制方法。
優點:螺栓軸向預緊力精度較高(±15%),可以獲得較大的軸向預緊力,且數值可集中分佈在平均值附近。
缺點:控制系統較複雜,要測量扭矩和轉角兩個參數;且質檢部門也不易找出適當的方法對擰緊結果進行檢查。
3. 屈服點控制法
定義:把螺栓擰緊到屈服點後,停止擰緊的一種方法。
優點:擰緊精度非常高,預緊力誤差可以控制在±8%以內;但其精度主要取決於螺栓本身的屈服強度。
缺點:擰緊過程需要對扭矩和轉角曲線的斜率進行動態的、連續的計算和判斷,控制系統的實時性、運算速度等都有較高的要求。
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