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  • 公布日期:2019年06月25日

    第7講 螺絲的緊固管理方法

    好久不見!在下螺絲君。
    螺絲(螺栓)的主要作用是通過緊固產生的軸向力連接物件,但在實際作業中是很難直接監視軸向力的。因此,很多人可能都是用扭矩扳手來管理緊固扭矩,以保證軸向力。然而除此之外,還有其他的螺絲(螺栓)緊固管理方法。而且,與使用扭矩扳手進行管理相比,有的方法還能縮小軸向力的偏差。今天來介紹螺絲的緊固管理方法,向大家進行普及。

    “彈性區域緊固”和“塑性區域緊固”

    在進入正題講解緊固管理方法之前,首先來講一講“彈性區域緊固”和“塑性區域緊固”。

    隨著擰緊螺絲,施加的軸向力(應力)逐漸變大,在到達屈服點之前,螺絲會與軸向力成正比伸長,去除軸向力后,螺絲伸長的部分就會復原。這個范圍叫作彈性區域,這一范圍內的緊固叫作“彈性區域緊固”。

    而超過屈服點后,如果繼續擰緊螺絲施加軸向力,比例關系會消失,相對于軸向力,伸長率會發生激增。倘若達到這樣的狀態,螺絲就會產生永久伸長率,即使去除軸向力也不會再復原。這個范圍叫作塑性區域,這一范圍內的緊固叫作“塑性區域緊固”。

    “彈性區域緊固”的特點在于螺絲的軸向力偏差較大,但螺絲能重復使用,可以采用扭矩法,使用扭矩扳手進行緊固管理,緊固作業簡單。
    而“塑性區域緊固”雖然存在螺絲會產生永久伸長率,不能重復使用,而且緊固作業耗時較長等缺點,但與彈性區域緊固相比,可以進行穩定的軸向力管理,因此已應用于發動機組裝等用途。

    利用“彈性區域緊固”和“塑性區域緊固”的緊固管理方法

    那么,下面就進入正題,開始講解緊固管理方法。
    主要的螺栓緊固管理方法包括:
    ①扭矩法
    ②扭矩斜率法
    ③旋轉角度法
    等3種。

    緊固區域分為前面介紹的“彈性區域緊固”和“塑性區域緊固”。
    緊固系數表示在相同條件下緊固螺絲時軸向力的偏差度,數值越大代表偏差越大。因此,查看下表可以發現,正如之前所講,彈性區域緊固的偏差比較大。

    緊固管理方法 緊固管理項目 緊固區域 緊固系數*
    扭矩法 緊固扭矩 彈性區域 1.43
    旋轉角度法 緊固旋轉角度 彈性區域 1.53
    塑性區域 1.2 
    扭矩斜率法 緊固扭矩相對于緊固旋轉角度的斜率 彈性區域極限 1.2
    *表中數值僅供參考。緊固力的實際偏差會隨不同緊固方法的各個相關因素大幅波動,無法精確指示其范圍。

    扭矩法

    扭矩法是利用緊固扭矩與緊固軸向力在彈性區域的線性關系的緊固管理方法。在緊固作業時只管理緊固扭矩,用扭矩扳手就能實現,是比較簡單的緊固管理方法,已經得到了廣泛普及。
    然而,緊固扭矩并非全部作為軸向力發揮作用,會被螺紋面和座面的摩擦消耗。因此,即使以相同的扭矩進行緊固,受表面粗糙度和潤滑狀態等因素的影響,軸向力依然會出現較大的偏差,需要在摩擦特性的管理上加以注意。

    一般來說,使用扭矩法緊固螺絲時,發生的軸向力最好在屈服點的60%~70%的彈性領域內。

    旋轉角度法

    旋轉角度法是使用角度尺(量角器)和電檢測器等工具,對螺絲頭部和螺母相對于預緊點的緊固旋轉角度進行管理,由此來控制緊固軸向力的方法,既可用于彈性區域緊固,也可用于塑性區域緊固。
    順便一提,預緊點是指施加的緊固扭矩能夠使螺紋和座面緊密貼合的點。

    但進行彈性區域緊固時,由于軸向力容易隨旋轉角度大幅波動,還是操作簡單的扭矩法更為常用。
    而進行塑性區域緊固時,由于旋轉角度誤差所導致的軸向力變化較小,也可以利用螺栓和螺母的六角形,通過目視的方式進行角度管理。

    扭矩斜率法

    扭矩斜率法利用了螺絲緊固軸向力超過屈服點后,伸長率相對于軸向力激增的性質。方法是使用電傳感器等工具檢測緊固扭矩和旋轉角度,在電腦上計算出彈性區域和塑性區域的變化點,以彈性區域極限進行緊固。

    雖說需要的裝置在規模上遠超其他方法,但造成偏差的因素只有材料的屈服點,與扭矩法和旋轉角度法相比,軸向力的偏差比較小。因此應用到了汽車發動機和氣缸蓋的螺栓等對于緊固的可靠性要求較高的用途。


    除了以上方法,緊固管理方法還有直接測量并管理螺絲伸長率的伸長率測量法,以及通過高溫加熱賦予螺絲伸長率,對安裝時的溫度進行管理的加熱法等,有機會再進行介紹。

    那么今天就到這里了,告辭。



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