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从实际情况，来探讨紧固件螺栓拧紧控制方法

发布日期：2020-04-19 17:03:00 浏览次数：899

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：施加扭矩旋转螺栓后，螺杆受力伸长了，螺杆伸长产生夹紧力把连接件夹紧了。我们知道，施加的扭矩并不象夹紧力那么简单，在通用公式中：

力（F）*力矩（L）=扭矩M

也就是说螺栓旋转的越多，得到的扭矩越大。但是90%扭矩被摩擦力消耗掉了，只有10%转化为了夹紧力。打个比方，当你上紧一颗工艺要求为10N·m力矩的螺栓时，我们真正需要的是那1N·m轴向力矩，大多数力矩都被摩擦力消耗掉了。

摩擦力和夹紧力是什么关系呢?前面已经讲到，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。

比如说当工人师傅拿起一颗螺栓发现其螺纹有碰伤或者有杂质，您一旦将其装入螺孔内，这样的螺栓产生怎样的夹紧力呢？一般认为螺纹副中有缺陷（杂质、磕碰等）按照装配力矩装配后，存在50%的螺栓头下的摩擦力，45%螺纹副中的摩擦力，只有5%我们想要的夹紧力。这时候这颗螺栓的装配力矩是达到了，但是远不符合我们所需要的夹紧力。如果这里螺栓在飞轮，曲轴等这样的运动件上就非常容易发生脱落，这就造成了我们经常说的“假紧“。

还有弹性材料变软会使夹紧力衰减，也是通常我们说软连接的扭矩衰减。比如汽缸盖垫材料较软我们采用二次拧紧的方法来减少夹紧力的衰减，还有机油盘螺栓经常发生夹紧力衰减，就是因为螺栓下面有机油盘垫片（软质材料的原因）。

试想我们需要螺杆伸长而产生夹紧力，扭矩越大螺杆可以伸的越长，是不是扭力越大越好呢？我们施加的扭矩越大会使螺栓过度伸长，螺栓超过屈服强度极限就会发生应力断裂。

从而失去了螺栓的链接作用。

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（T）

扭矩控制法是最初始也是最简单的控制法，它是基于螺纹连接时，轴向夹紧力F拧紧时与拧紧扭矩T成正比关系，可用一个公式T=K·F来表示，这个K则是扭矩系数。当一个螺钉设计出来时候他的轴向夹紧力F就是可知的，拧紧扭矩T通过工艺设定我们的拧紧扭矩也被工艺部门规范下来。但是总装车间经常出现拧紧扭矩达到但是装配的螺栓依然不合格，这是为什么呢？

关键就在这个扭矩系数，扭矩系数K的变化主要波动因素是综合摩擦系数ｕ，也就是说螺栓，螺孔的精度，杂质，是否磕碰都会影响这个综合摩擦系数ｕ。而且这个K值和温度也有关系，经过日本住友公司通过实验证明环境温度每增加1℃，扭矩系数K就下降0.31%。扭矩控制法到底是否精确呢？给大家加深下影响，根据德国工程师协会拧紧实验报告称当拧紧力矩T的误差为±0时（即无误差施加扭矩）螺栓轴向夹紧力误差可以达到±27.2%。

应用步骤：直接或间接控制地加载扭矩实际目标扭矩通常是屈服扭矩的50%to85%用在拴紧弹性区域90%的加载扭矩用于克服摩擦力预紧力正确度±25%

扭矩控制法的优点是：成本低，可以使用简易的拧紧工具扭矩扳手来检查拧紧质量。其缺点就是：拧紧精度不够，不能充分发挥材料潜力，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-转角控制法是先将螺栓拧到一个不大的扭矩，一般会是拧紧力矩的40%-60%（由工艺验证后制定），再从此点开始，拧一个规定的转角的控制方法。

这种方法它是基于一定的转角，是螺产生一定的轴向伸长及连接件被压缩了。这样做的目的是将螺栓拧到紧密接触面上，并克服了一些表面凹凸不平等不均匀因素，而后面所需求的轴向夹紧力由转角产生。在计算转角之后，摩擦阻力对轴向夹紧力的影响不复存在，所以其精度比单纯的扭矩控制法要高，扭矩控制法的要点就是测量转角的起点，一旦这个转角确定下来我们就可以获得相当高拧紧精度。

由于有了比较先进拧紧方法于是产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）

(文/小编)

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