力矩法、转角法上紧螺栓力矩可靠性分析

螺栓紧固质量控制相关

Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ

Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ

ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＮｏ．４，２００６

力矩法、转角法上紧螺栓力矩可靠性分析

黄伟，陈家权

（广西大学机械工程学院，广西南宁５３００００）

摘要：螺栓预紧力是衡量联接可靠性的重要指标，目前普遍采用力矩法和转角法上紧螺栓。实验表明，力矩法轴向预紧力较分散，不好控制；而转角法轴向预紧力较集中且好控制，转角法可靠性要优于力矩法。

关键词：预紧力；－ｑ－靠性；力矩法；转角法

中图分类号：ＴＨｌ３

文献标识码：Ａ

文章编号：１６７２－５４５Ｘ（２００６）０４－０００６－０３

，

引言

在国内发动机制造行业中，对一些高强度螺栓，如主轴螺栓、连杆螺栓、缸盖螺栓等，都是采用力矩法来上紧的，即用拧紧工具如定力扳手、电动拧紧机等，将螺栓上紧到设定力矩即可。这种方法，已长期得到广泛应用。在某些企业，上紧螺栓工艺更加复杂，先是用ＡＴＬＡＳ扳手上紧到某力矩值，再用人工复紧到工艺要求的设定值。在国外发动机制造企业，已普遍采用转角法上紧螺栓。即用自动拧紧机将螺栓拧到某一力矩值后，再转过—个角度。这种工艺的优点在于可实现全自动化，生产效率高，控制精度高，一致性好，可消除人为因素的影响。

１螺纹连接基本原理

１．１螺栓拧紧过程中的摩擦与扭矩消耗

螺栓拧紧过程中的摩擦－ｑ扭矩消耗如图１，根据经验公

式有：

强刮ｄｐ警ＣＯＳａ＇“以阻。击ｑ删帕ｊ

式中：如为螺纹副摩擦系数；如为端面摩擦系数；

ｄｐ为螺栓有效直径，粗牙螺纹ｄ。＊０．９０６ｄ，细牙螺纹ｄ。４０．９２８ｄ；

ｄ。为端面摩擦圆有效直径，ｄ产｝嚣一１．３ｄ

ｄ．－＇ｄｊ分别为摩擦圆的外径及内径；ｄ为螺纹公称直径；

ｐ为螺纹升角，粗牙螺纹Ｊ｜Ｂ一２。５０’，细牙螺纹ｐ一２。

ｄ为垂－卣ｉ１５面内的螺纹牙形半角，约为２９。５８’

经计算可得表１：

作者简介：黄伟（１９７１一），男，广西大学机械工程学院硕士研究生。收稿日期：２００６－０８—１８６

万　

方数据表１

圆饼图：

螺控伸长

图２

由表１可知，在上紧力矩的过程中，只有１０％一２００／ｏ左右的拧紧力矩转化为螺栓的轴向力。而轴向力（预紧力）是评价螺纹连接可靠性重要性指标。螺栓松动的重要原因，是预紧力不足，防止螺栓松动的有效措施，就是确保预紧力、提高预紧力。１．２摩擦系数与扭矩系数的关系

摩擦系数是摩擦力与正压力的比值。螺纹联接摩擦可分为

螺副摩擦系数ｐｓ，端面摩擦系数肛．。扭矩系数丘是反映螺栓拧紧过程中的扭矩与轴向夹紧力之间关系的经验参数，由Ｔ—ｋｄ Ｆ给出（式中：ｒ一拧紧力矩；ｄ一螺栓直径；Ｆ＿轴向夹紧力或螺栓预紧力）；Ｋ值越小，螺纹摩擦和端面摩擦所占扭矩消耗比越，Ｊ、ｏ

ｂ寺｛ｄＰ譬吨队｝一寺坠

＾ｔ。凡

ｌ１。丽‘ｇＰ

ｊ

ｉ

ｄＰ静ｄｐｔｇ／３＋ｄ肌｝

通过测试同一规格同一批次的国产螺栓，其ｋ值变化非常大。故在保证同一规格同一批次螺栓轴向预紧力相同的情况下，由于受到ｋ值变化的影响，测得的拧紧力矩变化非常大。相反，在保证拧紧力矩相同的情况下，测量得的轴向力比较．４－１－散。１．３力矩法、转角法螺纹紧固件拧紧过程对比

螺栓紧固质量控制相关

＜装备制造技术）２００６年第４期

ａ、拧紧过程的不同阶段

ｂ、扭矩法

Ｔ矗Ｔ【

碱纵；戳狻戳翰魏燃嬲

ｋ值分

螺栓

拉断

∥

图３

／

ＲＦ图４

警上一

ｃ、扭矩转角法

转角

点转角

圈５

Ａ图６

轴向力分布为：

从上图分析，由于受ｋ值变化的影响，相同的拧紧力矩会

得到不同的预紧力，最终轴向预紧力分散（图４）。扭矩转角法拧紧能有效控制螺栓预紧力（车ｌｌＩ向力），避免用扭矩法拧紧时出现的螺栓拉长或拉断现象（图５）。转角法比力矩法更能很好去控制螺栓轴向预紧力的一致性。也就是说，只要合理选择控制参数，转角法比力矩法可靠性更高。

轴＿电力－尊ｌ７０．７５

个数

３

枉小值７０．８２

７５．０１。８０８０．０１．８５

８５．０１。９０

９０．０１．９６

１０

枉大值９５．０１

２１

１１

２４．１９

１

平均值∞．２９

标准盖：溉豁

枉盖

２试验验证：

选取杆长为１２１ｎｕｎ的连杆螺栓作试验，将螺栓两端打磨光滑，用超声波测长仪测量螺栓拧紧力矩后的伸长量。２．１力矩法：使用两端磨光螺栓，用拧紧机拧到２２０Ｎ ｍ，再用人工复紧到２３０Ｎ ｍ，测量连杆螺栓伸长量及轴向力如表３。

表３

图７

螺栓编号

ｌ

伸长量（ｍｉｌｌ）

０．１６２０．１８０．１８７０．１６７０．１７７０．１６１０．１７４０．１６１０．１９１０．１６５０．１６９ …… 此处隐藏：7601字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……