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螺栓多種擰緊工藝分析
日期：2025-03-13 19:42
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摘要：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(yù)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(zhuǎn)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(yù)緊力的*常用方法,。將螺栓擰緊到指定預(yù)緊力所需的額定扭矩,，大型公司都有相應(yīng)的扭矩表,，可以從表中確定，或者通過使用扭矩與產(chǎn)生的螺栓拉力之間的關(guān)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(dǎo)致螺栓預(yù)緊力的較大變化,。
通過使用所謂的摩擦穩(wěn)定劑可以減少這種效應(yīng)。這些是涂覆在緊固件上的物質(zhì),，以減少摩擦散差,。提高該方法準確性的其他方式有：
?
使用墊圈;墊圈可使得螺栓頭下摩擦更穩(wěn)定，但是要防止墊圈轉(zhuǎn)動,，因為這會改變摩擦半徑,，從而影響扭矩-預(yù)緊力的關(guān)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。
?
通過測試確定正確的擰緊扭矩,，可通過貼應(yīng)變片的測試方式測試出合適的擰緊扭矩,。
?
使用更**的擰緊扳手也是提高預(yù)緊力精度的一種方式。
2角度控制擰緊
雖然是轉(zhuǎn)角法,，但在*終擰緊階段仍會設(shè)一個扭矩監(jiān)控區(qū)間,。為了防止由于螺紋堵塞，未達到設(shè)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(xiàn)非常**的預(yù)緊力,。使用對被擰緊螺栓的扭矩梯度敏感的電子控制系統(tǒng)，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(jié)合傳感器在擰緊過程中讀取扭矩和角度來實現(xiàn)的,。此方法對螺栓機械性能控制要求較高,，機械性能越穩(wěn)定，則預(yù)緊力散差越低,。
該方法已用于關(guān)鍵應(yīng)用,，例如氣缸蓋和連桿螺栓,，可實現(xiàn)始終如一的高預(yù)緊力（這樣可以設(shè)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(tǒng)扭矩扳手的數(shù)倍）,，因此不太可能廣泛采用這種方法。
4螺栓拉伸法
液壓的控制有效地控制了螺栓中的預(yù)緊力,。然而，當壓力被移除時,，確實會發(fā)生少量的預(yù)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(tài)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(chǎn)生預(yù)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(yù)緊力**,，且螺栓不受擰緊力矩作用影響,，但設(shè)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,。
是*新出現(xiàn)的一種控制方法，它是在扭矩-轉(zhuǎn)角法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,。扭矩-轉(zhuǎn)角法是以某一預(yù)扭矩Ts為轉(zhuǎn)角的起點,，而SPA法計算轉(zhuǎn)角的起點，采用扭矩曲線的線性段斜率與轉(zhuǎn)角A坐標的交點S（見圖）。
圖中：F2是SPA法*大螺栓軸向預(yù)緊力誤差,。從圖中可見,，采用扭矩-轉(zhuǎn)角法時,，由于預(yù)扭矩TS的誤差,在轉(zhuǎn)過相同的轉(zhuǎn)角A1后,，相對于兩個彈性系數(shù)高低不同的擰緊工況，其螺栓軸向預(yù)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(zhuǎn)過A2轉(zhuǎn)角后，相對于兩個彈性系數(shù)高低不同的擰緊工況,，其螺栓軸向預(yù)緊力誤差為F2,。
顯然F2小于F1，即落座點—轉(zhuǎn)角控制法擰緊精度高于扭矩－轉(zhuǎn)角控制法,。采用SPA法,，摩擦系數(shù)大小對于螺栓軸向預(yù)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(shù)所對應(yīng)的扭矩－轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線,。
圖中摩擦系數(shù)：μ1>μ2>μ3,。雖然不同的摩擦系數(shù)所對應(yīng)的扭矩－轉(zhuǎn)角關(guān)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(shù)對螺栓軸向預(yù)緊力的影響基本可以消除。
SPA法與扭矩-轉(zhuǎn)角法比較,，其主要優(yōu)點是：能克服在Ts時已產(chǎn)生的扭矩誤差,，因此，可以進一步提高擰緊精度,。
目前，有六種主要擰緊方法用于控制螺紋緊固件的預(yù)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(zhuǎn)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(yù)緊力的*常用方法,。將螺栓擰緊到指定預(yù)緊力所需的額定扭矩,，大型公司都有相應(yīng)的扭矩表,，可以從表中確定，或者通過使用扭矩與產(chǎn)生的螺栓拉力之間的關(guān)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(dǎo)致螺栓預(yù)緊力的較大變化,。
通過使用所謂的摩擦穩(wěn)定劑可以減少這種效應(yīng)。這些是涂覆在緊固件上的物質(zhì),，以減少摩擦散差,。提高該方法準確性的其他方式有：
?
使用墊圈;墊圈可使得螺栓頭下摩擦更穩(wěn)定，但是要防止墊圈轉(zhuǎn)動,，因為這會改變摩擦半徑,，從而影響扭矩-預(yù)緊力的關(guān)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。
?
通過測試確定正確的擰緊扭矩,，可通過貼應(yīng)變片的測試方式測試出合適的擰緊扭矩,。
?
使用更**的擰緊扳手也是提高預(yù)緊力精度的一種方式。
2角度控制擰緊
雖然是轉(zhuǎn)角法,，但在*終擰緊階段仍會設(shè)一個扭矩監(jiān)控區(qū)間,。為了防止由于螺紋堵塞，未達到設(shè)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(xiàn)非常**的預(yù)緊力,。使用對被擰緊螺栓的扭矩梯度敏感的電子控制系統(tǒng)，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(jié)合傳感器在擰緊過程中讀取扭矩和角度來實現(xiàn)的,。此方法對螺栓機械性能控制要求較高,，機械性能越穩(wěn)定，則預(yù)緊力散差越低,。
該方法已用于關(guān)鍵應(yīng)用,，例如氣缸蓋和連桿螺栓,，可實現(xiàn)始終如一的高預(yù)緊力（這樣可以設(shè)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(tǒng)扭矩扳手的數(shù)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(guān)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。
液壓的控制有效地控制了螺栓中的預(yù)緊力,。然而，當壓力被移除時,，確實會發(fā)生少量的預(yù)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(tài)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(chǎn)生預(yù)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(yù)緊力**,，且螺栓不受擰緊力矩作用影響,，但設(shè)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(zhuǎn)角（SPA）控制法
是*新出現(xiàn)的一種控制方法，它是在扭矩-轉(zhuǎn)角法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,。扭矩-轉(zhuǎn)角法是以某一預(yù)扭矩Ts為轉(zhuǎn)角的起點,，而SPA法計算轉(zhuǎn)角的起點，采用扭矩曲線的線性段斜率與轉(zhuǎn)角A坐標的交點S（見圖）。
圖中：F2是SPA法*大螺栓軸向預(yù)緊力誤差,。從圖中可見,，采用扭矩-轉(zhuǎn)角法時,，由于預(yù)扭矩TS的誤差,在轉(zhuǎn)過相同的轉(zhuǎn)角A1后,，相對于兩個彈性系數(shù)高低不同的擰緊工況，其螺栓軸向預(yù)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(zhuǎn)過A2轉(zhuǎn)角后，相對于兩個彈性系數(shù)高低不同的擰緊工況,，其螺栓軸向預(yù)緊力誤差為F2,。
顯然F2小于F1，即落座點—轉(zhuǎn)角控制法擰緊精度高于扭矩－轉(zhuǎn)角控制法,。采用SPA法,，摩擦系數(shù)大小對于螺栓軸向預(yù)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(shù)所對應(yīng)的扭矩－轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線,。
圖中摩擦系數(shù)：μ1>μ2>μ3,。雖然不同的摩擦系數(shù)所對應(yīng)的扭矩－轉(zhuǎn)角關(guān)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(shù)對螺栓軸向預(yù)緊力的影響基本可以消除。
SPA法與扭矩-轉(zhuǎn)角法比較,，其主要優(yōu)點是：能克服在Ts時已產(chǎn)生的扭矩誤差,，因此，可以進一步提高擰緊精度,。