Методы затяжки резьбовых креплений

Одной из ключевых задач при болтовой сборке является достижение точного предварительного натяга за счет соответствующих методов затяжки. Недостаточная предварительная нагрузка, вызванная неточным процессом затяжки, является распространенной причиной выхода из строя болтового соединения. Конструкторы должны быть знакомы с принципами и характеристиками основных методов затяжки болтов. В этой статье систематически представлены шесть основных методов управления преднатягом болта. Следует отметить, что определенная степень разброса предварительной нагрузки неизбежна независимо от принятого метода затяжки, что относится к нормальным технологическим характеристикам.

Для управления преднатягом резьбовых соединений широко используются шесть основных методов.крепежные детали:затяжка с контролем крутящего момента, затяжка с контролем угла, затяжка с контролем предела текучести, затяжка болтов с растяжением, термическая затяжка и затяжка с индикацией натяжения.

1. Затяжка с контролем крутящего момента

Затяжка с контролем крутящего момента является наиболее часто используемым методом контроля предварительного натяга в промышленности. Номинальный момент затяжки, необходимый для сборки болтов, можно получить из стандартных таблиц крутящих моментов или рассчитать в соответствии с корреляцией между моментом затяжки и предварительным натягом болта.

Во время затяжки хвостовик болта испытывает как осевое растягивающее напряжение, так и скручивающее напряжение сдвига. Обычные справочные таблицы крутящих моментов обычно не учитывают напряжение скручивания и предполагают, что 75% общего напряжения способствует эффективному осевому растяжению. В условиях сильного трения напряжение кручения значительно возрастает. При наложении на осевое напряжение эквивалентное напряжение может превысить предел текучести материала и привести к разрушению болта. Для более высокой точности процесс контролируется таким образом, чтобы суммарное эквивалентное напряжение достигало примерно 90% предела текучести, обеспечивая безопасную и надежную сборку за счет уравновешивания связи осевых и крутильных напряжений.

Самоблокирующиеся крепежные детали с преобладанием крутящего момента, такие какнейлоновые контргайки а механические стопорные гайки широко используются в ситуациях, подверженных вибрации, для предотвращения ослабления. Эти крепежные детали значительно увеличивают скручивающее напряжение в стержне болта во время затяжки и изменяют эффективность преобразования крутящего момента в предварительную нагрузку. Поэтому значения крутящего момента должны быть соответствующим образом скорректированы во время настройки параметров.

Основным ограничением затяжки с контролем крутящего момента является то, что от 85% до 95% приложенного крутящего момента расходуется на преодоление трения резьбы и поверхности подшипника. Незначительные изменения условий трения могут привести к существенному отклонению предварительного натяга. Применение стабилизаторов трения на крепежных изделиях может уменьшить дисперсию трения и повысить точность затяжки.

Стандартные меры по повышению точности затяжки сводятся к следующему:

1. Избегайте использования простых плоских шайб. Относительное проскальзывание между шайбами ​​и контактными поверхностями изменяет эффективный радиус трения и искажает соотношение крутящего момента и предварительной нагрузки. Если для снижения поверхностного давления требуется большая площадь опоры, предпочтительными являются фланцевые болты и фланцевые гайки.

2. Определите момент затяжки посредством фактической калибровки. Тензорезисторы можно прикрепить к хвостовику болта для калибровки затяжки на месте в реальных условиях сборки. Тензодатчики, установленные под головками болтов, обеспечивают вспомогательные измерения, но они менее точны, чем тензодатчики, из-за измененных характеристик контакта.

3. Если экспериментальная калибровка недоступна, всесторонне рассчитайте стандартный момент затяжки на основе допуска на обработку крепежа, размеров подшипников гайки и характеристик запирающего момента. Профессиональная программа расчета крутящего момента TORQUE, разработанная Bolt Science, позволяет выполнить точные расчеты.

4. Значения моментов затяжки указывайте на сборочных чертежах со стандартным допуском ±5%. Для критических соединений используйте калиброванные динамометрические ключи и проводите проверку момента после сборки.

Различные методы затяжки приводят к различным уровням разброса предварительной нагрузки, среди которых чистое управление крутящим моментом имеет относительно большое отклонение.

2. Затяжка с контролем угла

Затяжка с контролируемым углом, также известная как метод вращения гайки, была введена вскоре после Второй мировой войны для ручной сборки и теперь совместима с оборудованием для механической затяжки. В ходе этого процесса болт сначала затягивается до момента затяжки, а затем поворачивается гайка на заданный угол, чтобы привести болт к частичной пластической деформации. Этот метод эффективно уменьшает колебания предварительной нагрузки, вызванные допуском по пределу текучести, и обеспечивает лучшую стабильность предварительной нагрузки, чем затяжка с чистым крутящим моментом.

К основным недостаткам можно отнести необходимость экспериментальной калибровки углов затяжки (отсутствие универсальных применимых параметров) и ограниченную возможность повторного использования. Повторная затяжка после пластической деформации легко приводит к усталостному разрушению крепежных изделий.

3. Затяжка с контролируемым пределом текучести

Этот метод, разработанный SPS и также известный как метод совместного контроля, обеспечивает одну из самых высоких точности предварительного натяга. Это сводит к минимуму влияние изменения коэффициента трения и обеспечивает стабильную предварительную нагрузку болта.

Этот метод, основанный на ручной оценке ощущения затяжки, использует высокоточную электронную систему управления для сбора данных о крутящем моменте и угле поворота в реальном времени. Контролируя изменение крутящего момента, система точно определяет предел текучести болта и немедленно прекращает затяжку, чтобы избежать перегрузки.

Несмотря на улучшение стабильности, небольшой разброс преднатяга все еще существует из-за трения резьбы. Более высокое трение резьбы увеличивает напряжение кручения и снижает осевую предварительную нагрузку при том же пороге текучести. Этот метод точно определяет деформацию болта под действием напряжения и кручения.

Затяжка с контролируемым пределом текучести широко используется для критически важных компонентов, таких какболты головки блока цилиндров и шатунные болты, обеспечивающие стабильную высокую предварительную нагрузку и позволяющие оптимизировать размер болтов. Однако высокая стоимость специализированных интеллектуальных инструментов для затяжки ограничивает их широкое применение. Надежная и высокоточная предварительная нагрузка не может быть гарантирована при обслуживании в полевых условиях без соответствующего профессионального оборудования.

4. Растяжка и затяжка болтов.

Болты большого диаметра требуют чрезвычайно высокого момента затяжки, что затруднительно для обычных инструментов. Для болтов диаметром более 20 мм вместо гидравлических динамометрических ключей обычно применяется гидравлическое растяжение, что позволяет избежать чрезмерной силы реакции крутящего момента и ограниченного рабочего пространства.

Принцип работы: На гайку устанавливается специальный гидравлический цилиндр. Резьба болта или шпильки полностью проходит через гайку и соединяется с натяжным приспособлением. Гидравлическое давление растягивает болт в осевом направлении, создавая упругое удлинение. При сохранении растягивающей нагрузки гайку вручную поворачивают и фиксируют на месте с помощью головки и динамометрического стержня.

Этот метод обеспечивает чрезвычайно высокую точность предварительной нагрузки за счет точного контроля гидравлического давления. Однако после сброса давления происходит незначительная потеря предварительной нагрузки из-за упругого отскока. Демонтаж корродированных или заклинивших гаек остается серьезной эксплуатационной трудностью.

5. Термическая затяжка

Термическая затяжка использует характеристики теплового расширения металла. Болт нагревается и удлиняется, а гайка поворачивается и позиционируется. Во время охлаждения болт пытается сжаться, но удерживается в продольном направлении зажатыми компонентами, создавая стабильную осевую предварительную нагрузку.

Распространенные методы нагрева включают нагрев прямым пламенем, змеевики нагревательной рубашки и нагревательные элементы с углеродистым сопротивлением. Этот процесс занимает много времени, а точное измерение деформации требует полного охлаждения до температуры окружающей среды, что приводит к низкой эффективности. Он редко используется в промышленности общего назначения и применим только для сверхбольших болтов, предназначенных для тяжелых условий эксплуатации.

6. Затягивание с указанием напряжения

В этом методе используются специализированные крепежные детали, указывающие нагрузку, шайбы, указывающие нагрузку, или методы обнаружения деформации для косвенного измерения удлинения и предварительного натяга болта, охватывая множество высокоточных сборочных решений.

К типичным болтам, указывающим натяжение, относятся Rotabolt и HiBolt. Ротаболт имеет центральное просверленное отверстие с внутренним измерительным штифтом и вращающуюся конструкцию зазора. Штифт при упругом растяжении остается ненагруженным; как только достигается полная предварительная нагрузка, зазор исчезает и вращение блокируется, что указывает на правильную затяжку. HiBolt использует аналогичный принцип, при котором небольшая усадка болта зажимает центральный штифт, отражая состояние натяжения.

Шайбы, указывающие нагрузку, широко используются в стальных конструкциях гражданского строительства. Готовые выступы на поверхности шайбы под нагрузкой подвергаются пластической деформации. Правильный предварительный натяг проверяется путем измерения остаточного зазора с помощью щупа. Шайбы этого типа редко используются в точной механической сборке.

Удлинение болта можно измерить непосредственно с помощью микрометров или точно определить с помощью ультразвукового контроля. Значения удлинения могут быть преобразованы в данные реального времени.болтпредварительная нагрузка посредством калибровки или расчета. При ультразвуковых измерениях головка болта и торцевая поверхность требуют шлифовки, чтобы обеспечить оптимальное акустическое отражение и точность испытаний.