扭力扳手计算方法,扭力扳手计算公式

  

  以下从螺栓连接中扭矩和夹紧力的实际情况,来探讨螺栓拧紧控制方法。   

  

  如上图所示:施加扭矩转动螺栓后,螺钉受力拉伸,螺钉伸长产生的夹紧力夹紧连接件。我们知道,施加的扭矩并不像夹紧力那么简单。在通式中:   

  

  力(F)*力矩(L)=扭矩M   

  

  也就是说,螺栓转动越多,扭矩越大。但90%的扭矩被摩擦消耗,只有10%转化为夹紧力。举个例子,当你拧紧一个工艺要求为10 nm扭矩的螺栓时,我们真正需要的是1 nm的轴向扭矩,大部分被摩擦消耗掉了。   

  

  摩擦力和夹紧力是什么关系呢?通常情况下,遵循50-40-10原则,就是50%的螺栓头下摩擦力,40%的螺纹副中摩擦力,10%的夹紧力。但是在一些条件下夹紧力的比例是可以变化的。   

  

  比如一个工人师傅拿起一个螺栓,发现它的螺纹有淤青或者有杂质,一旦你把它放进螺丝孔,这个螺栓产生什么样的夹紧力?一般认为有缺陷(杂质、凸起等。)在螺旋副中。按照装配扭矩装配后,螺栓头下有50%的摩擦力,丝杠副中有45%的摩擦力,只有我们想要的5%的夹紧力。这个时候这个螺栓的装配扭矩达到了,但是离我们需要的夹紧力还很远。在这里,如果螺栓在飞轮、曲轴等运动部件上脱落,是非常容易发生的,这就导致了我们常说的“假紧”.   

  

  还有,弹性材料的软化会使夹紧力衰减,这也是软连接的扭矩衰减。比如气缸盖垫片材料比较软,所以我们采用两次拧紧的方法来减少夹紧力的衰减,而油底壳螺栓的夹紧力衰减是经常发生的,因为螺栓下面有油底壳垫片(由于材料比较软)。   

  

  想象一下,我们需要螺钉拉伸来产生夹紧力。扭矩越大,螺丝能伸得越长。扭矩不是越大越好吗?我们施加的扭矩越大,螺栓就会发生过度伸长,当螺栓超过屈服强度极限时就会发生应力断裂,从而失去螺栓的连接功能。   

  

  在实际工作中,不论是两被连接体间的压紧力还是螺栓上的轴向预紧力,均很难检测,也就很难予以直接控制,因而,人们采取了下述几种方法予以间接控制。   

  

  1. 扭矩控制法   

  

  扭矩控制方法是最初始也是最简单的控制法,它是基于螺钉连接时的轴向夹紧力F拧紧时与拧紧扭矩T成正比关系。可以用一个公式T=KF来表示,这个k是扭矩系数.当一个螺钉设计时,它的轴向夹紧力F是已知的,拧紧力矩T是工艺设定的,我们的拧紧力矩也是工艺部门规定的。但在装配车间,往往达到了拧紧力矩,但装配好的螺栓还是不合格。为什么?   

  

  关键就在于这个扭矩系数。扭矩系数K变化的主要波动因素是综合摩擦系数U,也就是说螺栓和螺孔的精度、杂质、是否磕碰都会影响这个综合摩擦系数U,而且,K的这个值还和温度有关。住友公司实验后的环境温度每增加1,扭矩系数K就下降0.31%。转矩控制方法准确吗?为了加深影响,根据德国工程师学会的拧紧实验报告,当拧紧力矩T的误差为0(即无误差施加力矩)时,螺栓的轴向夹紧力误差可达27.2%。   

  

  应用步骤:   

  

  或者直接或间接控制负载扭矩。实际目标扭矩通常为屈服扭矩的50%至85%。紧固弹性区域中使用的负载扭矩的90%用于克服摩擦力。预紧力精度为25%。扭矩控制法的优点是:成本低,使用简单的拧紧工具扭矩扳手即可检查拧紧质量。   

  

  其缺点就是:的拧紧精度不够,不能充分发挥材料的潜力,环境影响大(温度、螺栓螺纹、杂质、磕碰等。).   

  

  2. 扭矩-转角控制法(TA)又称超弹性控制法   

  

   扭矩-角度控制法是将螺栓拧紧到一个很小的扭矩,这个扭矩一般是拧紧扭矩的40%-60%(工艺验证后制定),然后从这个点开始拧紧一个规定的角度的控制方法。   

  

  这种方法是基于一定的旋转角度,也就是螺栓有一定的轴向伸长,连接件被压缩。这样做的目的是将螺栓拧在紧密的接触面上,克服一些表面不平整的不平整因素,而所需的轴向夹紧力是由转角产生的。计算出旋转角度后,摩擦阻力对轴向夹紧力的影响不再存在,因此其精度高于单纯的扭矩控制法。转矩控制方法的关键点是测量旋转角度的起点。一旦确定了这个旋转角度,我们就可以获得相当高的拧紧精度。   

  

  由于采用了先进的紧固方法,所以生产出来了。   

生了一种适应生产力的工具,就是电动拧紧工具,它是由电机―驱动齿-弯头齿轮-传感器等构成,可以相对比较容易的设定预警力矩及起始转角。

  

应用步骤:

  

应用一个固定扭矩 (起始(开门)扭矩)转动扣紧件到达预定转角离屈服拧紧的最初阶段, 此刻也用在弹性区域。需要用试验确定起始(开门)扭矩与转角参数预紧力正确度±15%扭矩-转角控制法(TA)优点:拧紧精度高,可以获得较大的轴向夹紧力。

  

缺点:其控制系统比较复杂,需要测量预紧扭矩及转角2个数据,质量部门不易找出适当的方法对拧紧结果进行检查跟进。

  

3. 屈服点控制法(TG)

  

通过上面夹紧力图即可看出,同样的转角误差在其朔性区的螺栓轴向预紧力误差ΔF2比弹性区的螺栓轴向预紧力误差ΔF1要小得多。屈服点控制法就是把螺栓拧紧至屈服点后,停止拧紧的一种方法。它是利用材料屈服的现象而发展起来的一种高精度的拧紧方法。这种控制方法,是通过对拧紧的扭矩/转角曲线斜率的连续计算和判断来确定屈服点的。螺栓在拧紧的过程中,其扭矩/转角的变化曲线见扭矩、扭矩斜率对比图。真正的拧紧开始时,斜率上升很快,之后经过简短的变缓后而保持恒定( a_b区间)。过b点后,其斜率经简短的缓慢下降后,又快速下降。当斜率下降一定值时(一般定义,当其斜率下降到最大值的二分之一时),说 明已达到屈服点(即扭矩对比图中的Q点),立即发出停止拧紧信号。屈服点控制法的拧紧精度是非常高的,其预紧力的误差可以控制在±4%以内,但其精度主要是取决于螺栓本身的屈服强度。

  

扭矩与转角是在拧紧中受到监控当一点最大值梯度下降时来判别最大梯度与屈服点利用最大压紧力潜能摩擦力未减小允许每次拧紧的观察扭矩转角螺栓不能再使用预紧力正确度±8%4. 落座点―转角控制法 (SPA)

  

落座点―转角控制法是最近新出现的一种控制方法,它是在扭矩-转角T-A法基础上发展起来的。TA法是以某一预扭矩Ts为转角的起点,而SPA法计算转角的起点,采用扭矩曲线的线性段斜率与转角A坐标的交点S(见图)。

  

图中F1是TA法最大螺栓轴向预紧力误差,F2是SPA法最大螺栓轴向预紧力误差。从图中可见,采用TA法时,由于预扭矩TS的误差(ΔTs=Ts2-Ts1,对应产生了螺栓轴向预紧力误差ΔFs),在转过相同的转角A1后,相对于两个弹性系数高低不同的拧紧工况,其螺栓轴向预紧力误差为F1;即使是弹性系数相等的,但由于ΔTs 的存在,也有一定的误差(见图中的ΔF1、ΔF2)。如若采用SPA法,由于是均从落座点S开始转过A2转角后,相对于两个弹性系数高低不同的拧紧工况,其螺栓轴向预紧力误差为F2。显然F2小于F1,即落座点―转角控制法拧紧精度高于扭矩-转角控制法。采用SPA法,摩擦系数大小对于螺栓轴向预紧力的影响几乎可以完全消除,下一图为拧紧中不同摩擦系数所对应的扭矩-转角关系曲线。图中摩擦系数:1>2>3。虽然不同的摩擦系数所对应的扭矩-转角关系曲线的斜率不同,但其落座点(曲线线性段的斜率与横轴的交点)相差不大。故从此点再拧一个角度Ac,不同摩擦系数对螺栓轴向预紧力的影响基本可以消除。

  

SPA法与TA法比较,其主要优点是:能克服在Ts时已产生的扭矩误差,因此,可以进一步提高拧紧精度。

  

5. 螺栓伸长法(QA)

  

QA法是通过测量螺栓的伸长量来确定是否达到屈服点的一种控制方法,虽然每一个螺栓的屈服强度不一致,也会给拧紧带来误差,但其误差一般都非常小。在QA法中所采取的测量螺栓伸长量的方法,一般是用超声波测量,超声波的回声频率随螺栓的伸长而加大,所以,一定的回声频率就代表了一定的伸长量。图示就是QA法的原理,由于螺栓在拧紧和拧松时,用超声仪所测得的回声频率随螺栓的拧紧(伸长)和拧松(减小伸长量)而发生变化的曲线并不重合,同一螺栓轴向预紧力的上升频率低于下降频率。这样,在用来测量螺栓的屈服点时应予以注意。

  

6. 扭矩斜率法

  

扭矩斜率法是以扭矩-转角曲线中的扭矩斜率值的变化作为指标对初始预紧力进行控制的一种方法。该拧紧方法通常把螺栓的屈服紧固轴力作为控制初始预紧力的目标值。该拧紧方法一般在螺栓初始预紧力离散度要求较小并且可最大限度地利用螺栓强度的情况下使用。但是由于该拧紧方法对初始预紧力的控制与塑性区的转角法基本相同,所以,需要对螺栓的屈服点进行严格的控制。该拧紧方法与塑性区的转角法相比,螺栓的塑性即反复使用等方面出现的问题较少,有一定的优势,但是,紧固工具比较复杂,也比较昂贵。

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