螺栓擰緊工藝分析，看這篇就夠了

使用螺栓連接的主要問題之一，就是所選螺栓的緊固方法以實(shí)現(xiàn)精確預(yù)緊力。

錯誤的擰緊方法，引起的預(yù)緊力不足是螺栓連接失效的常見原因。對于設(shè)計(jì)師來說，重要的是了解擰緊螺栓主要方法的特征。

今天，法士威給大家總結(jié)了常用的幾種螺栓擰緊方法。但請注意，無論使用何種方法來擰緊螺栓，螺栓預(yù)緊力散差程度都是應(yīng)預(yù)期范圍內(nèi)的。

 目前，有六種常用擰緊方法，用于控制螺紋緊固件的預(yù)緊力，它們分別是：

    ? 扭矩控制擰緊

? 控制擰緊

? 屈服控制擰緊

? 螺栓拉伸法

? 熱擰緊

? 落座點(diǎn)—轉(zhuǎn)角（SPA）控制法。

一）扭緊控制擰緊

扭矩?cái)Q緊到的指定扭矩是控制預(yù)緊力的最常用方法。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(jìn)行計(jì)算來確定。

從上圖的研究可以看出，扭矩?cái)Q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(zhǔn)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?yàn)檫@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。

?使用更精確的擰緊扳手也是提高預(yù)緊力精度的一種方式。

二） 角度控制擰緊

雖然是轉(zhuǎn)角法，但在最終擰緊階段仍會設(shè)一個扭矩監(jiān)控區(qū)間。為了防止由于螺紋堵塞，未達(dá)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(diǎn)在于需要精確地確定角度，還需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)確定。

三）屈服控制擰緊

通過這種方法，可以通過最小化摩擦及其散差帶來的影響，來實(shí)現(xiàn)非常精確的預(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(dá)到屈服點(diǎn)，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(shí)現(xiàn)的。此方法對螺栓機(jī)械性能控制要求較高，機(jī)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(shí)現(xiàn)始終如一的高預(yù)緊力（這樣可以設(shè)計(jì)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。

四）螺拴拉伸法

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。

直接拉伸法原理簡單，操作簡單，緊固精度高，但是拉伸設(shè)備價(jià)格較高，作業(yè)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(yù)緊力。然而，當(dāng)壓力被移除時，確實(shí)會發(fā)生少量的預(yù)緊力降低，因?yàn)槁菽冈谪?fù)載下會彈性變形。

 五）熱擰緊

熱擰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(dāng)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(hù)套加熱線圈和電阻元件。

這種方法預(yù)緊力精確，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。

轉(zhuǎn)角（SPA）控制法是最新出現(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(diǎn)，而SPA法計(jì)算轉(zhuǎn)角的起點(diǎn)，采用扭矩曲線的線性段斜率與轉(zhuǎn)角A坐標(biāo)的交點(diǎn)S（見圖）。

圖中：F2是SPA法最大螺栓軸向預(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)緊力最大誤差為F1；

如若采用SPA法，由于是均從落座點(diǎn)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(diǎn)—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(diǎn)(曲線線性段的斜率與橫軸的交點(diǎn))相差不大。

故從此點(diǎn)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(diǎn)是：能克服在Ts時已產(chǎn)生的扭矩誤差，因此，可以進(jìn)一步提高擰緊精度。