1.扭矩控制法(T)
扭矩控制法是最初始也是最簡單的控制法,它是基于螺紋連接時,軸向夾緊力F擰緊時與擰緊
扭矩T成正比關系,可用一個公式T=K·F來表示,這個K則是扭矩系數(shù)。
K=0.16P + (μg * 0.58 * d2) + (Dkm/2) * μk)
P = 螺距,μg = 螺紋副摩擦系數(shù),d2 = 螺栓直徑,Dkm = 螺栓頭表面尺寸,μk = 螺栓頭表面
摩擦系數(shù)
當一個螺釘設計出來時候他的軸向夾緊力F就是可知的,擰緊扭矩T通過工藝設定我們的擰緊
扭矩也被工藝部門規(guī)范下來。但是總裝車間經(jīng)常出現(xiàn)擰緊扭矩達到但是裝配的螺栓依然不合格,
這是為什么呢?
關鍵就在這個扭矩系數(shù),扭矩系數(shù)K的變化主要波動因素是綜合摩擦系數(shù)u,也就是說螺栓,
螺孔的精度,雜質(zhì),是否磕碰都會影響這個綜合摩擦系數(shù)u。而且這個K值和溫度也有關系,經(jīng)
過日本住友公司通過實驗證明環(huán)境溫度每增加1℃,扭矩系數(shù)K就下降0.31%。
扭矩控制法到底是否精確呢?給大家加深下影響,根據(jù)德國工程師協(xié)會擰緊實驗報告稱當擰
緊力矩T的誤差為±0時(即無誤差施加扭矩)螺栓軸向夾緊力誤差可以達到±27.2%。
應用步驟:
直接或間接控制地加載扭矩;
實際目標扭矩通常是屈服扭矩的50% to 85%;
用在拴緊彈性區(qū)域;
90%的加載扭矩用于克服摩擦力;
預緊力正確度±25%。
扭矩控制法的優(yōu)點是:成本低,可以使用簡易的擰緊工具扭矩扳手來檢查擰緊質(zhì)量。
其缺點就是:擰緊精度不夠,不能充分發(fā)揮材料潛力,環(huán)境影響大(溫度,螺栓螺紋,雜質(zhì)
、磕碰等)。
2.扭矩-轉角控制法(TA)--超彈性控制法
扭矩-轉角控制法是先將螺栓擰到一個不大的扭矩,一般會是擰緊力矩的40%-60%(由工藝
驗證后制定),再從此點開始,擰一個規(guī)定的轉角的控制方法。
這種方法它是基于一定的轉角,是螺栓產(chǎn)生一定的軸向伸長及連接件被壓縮了。這樣做的目
的是將螺栓擰到緊密接觸面上,并克服了一些表面凹凸不平等不均勻因素,而后面所需求的軸向
夾緊力由轉角產(chǎn)生。
在計算轉角之后,摩擦阻力對軸向夾緊力的影響不復存在,所以其精度比單純的扭矩控制法
要高,扭矩控制法的要點就是測量轉角的起點,一旦這個轉角確定下來我們就可以獲得相當高擰
緊精度。
由于有了比較先進擰緊方法于是產(chǎn)生了一種適應生產(chǎn)力的工具,就是電動擰緊工具,它是由
電機—驅動齒-彎頭齒輪-傳感器等構成,可以相對比較容易的設定預警力矩及起始轉角。
應用步驟:
應用一個固定扭矩 (起始(開門)扭矩);
轉動扣緊件到達預定轉角;
離屈服擰緊的最初階段, 此刻也用在彈性區(qū)域;
需要用試驗確定起始(開門)扭矩與轉角參數(shù);
預緊力正確度±15%。
扭矩-轉角控制法(TA)優(yōu)點:擰緊精度高,可以獲得較大的軸向夾緊力。
缺點:其控制系統(tǒng)比較復雜,需要測量預緊扭矩及轉角2個數(shù)據(jù),質(zhì)量部門不易找出適當?shù)?/span>
方法對擰緊結果進行檢查跟進。
3.屈服點控制法(TG)
通過上面夾緊力圖即可看出,同樣的轉角誤差在其朔性區(qū)的螺栓軸向預緊力誤差ΔF2比彈性
區(qū)的螺栓軸向預緊力誤差ΔF1要小得多。屈服點控制法就是把螺栓擰緊至屈服點后,停止擰緊的
一種方法。
它是利用材料屈服的現(xiàn)象而發(fā)展起來的一種高精度的擰緊方法。這種控制方法,是通過對擰
緊的扭矩/轉角曲線斜率的連續(xù)計算和判斷來確定屈服點的。
螺栓在擰緊的過程中,其扭矩/轉角的變化曲線見扭矩、扭矩斜率對比圖。真正的擰緊開始
時,斜率上升很快,之后經(jīng)過簡短的變緩后而保持恒定( a_b區(qū)間)。過b點后,其斜率經(jīng)簡短
的緩慢下降后,又快速下降。
當斜率下降一定值時(一般定義,當其斜率下降到最大值的二分之一時),說 明已達到屈
服點(即扭矩對比圖中的Q點),立即發(fā)出停止擰緊信號。
屈服點控制法的擰緊精度是非常高的,其預緊力的誤差可以控制在±4%以內(nèi),但其精度主
要是取決于螺栓本身的屈服強度。
扭矩與轉角是在擰緊中受到監(jiān)控;
當一點最大值梯度下降時來判別最大梯度與屈服點;
利用最大壓緊力潛能;
摩擦力未減?。?/span>
允許每次擰緊的觀察扭矩轉角;
螺栓不能再使用;
預緊力正確度±6%。
4.落座點—轉角控制法(SPA)
落座點—轉角控制法是最近新出現(xiàn)的一種控制方法,它是在扭矩-轉角T-A法基礎上發(fā)展起
來的。TA法是以某一預扭矩Ts為轉角的起點,而SPA法計算轉角的起點,采用扭矩曲線的線性
段斜率與轉角A坐標的交點S(見圖)。
圖中:F1是TA法最大螺栓軸向預緊力誤差,F(xiàn)2是SPA法最大螺栓軸向預緊力誤差。從圖中
可見,采用TA法時,由于預扭矩TS的誤差(ΔTs=Ts2-Ts1,對應產(chǎn)生了螺栓軸向預緊力誤差ΔFs
),在轉過相同的轉角A1后,相對于兩個彈性系數(shù)高低不同的擰緊工況,其螺栓軸向預緊力誤差為
F1;
即使是彈性系數(shù)相等的,但由于ΔTs 的存在,也有一定的誤差(見圖中的ΔF1、ΔF2)。如若
采用SPA法,由于是均從落座點S開始轉過A2轉角后,相對于兩個彈性系數(shù)高低不同的擰緊工況,
其螺栓軸向預緊力誤差為F2。
顯然F2小于F1,即落座點—轉角控制法擰緊精度高于扭矩-轉角控制法。采用SPA法,摩擦
系數(shù)大小對于螺栓軸向預緊力的影響幾乎可以完全消除,下一圖為擰緊中不同摩擦系數(shù)所對應的
扭矩-轉角關系曲線。
圖中摩擦系數(shù):μ1>μ2>μ3。雖然不同的摩擦系數(shù)所對應的扭矩-轉角關系曲線的斜率不同
,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)對螺栓軸向預緊力的影響基本可以消除。
SPA法與TA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。
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