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緊固件螺紋擰緊原理以及典型擰緊方法



發布時間:2020/5/13 16:42:44 點擊次數:579次

螺紋緊固件的緊固,并不是我們想象的那樣,不就是螺絲螺帽嗎?用扳手擰緊就行了吧。其實螺紋緊固件的緊固方法有很多種,但是最為簡單的,常用的方法就是用手工扳手工具進行擰緊,這種擰緊方法雖然容易操作,但是,對于高輕度或者重要的連接緊固件是行不通的。下面中華標準件網為了讓大家諒解到很多的緊固件擰緊的相關知識,分享出緊固件螺紋擰緊原理以及典型的擰緊方法。

一、緊固件螺紋擰緊原理

1、螺紋原理

看下圖,以傾斜角β的線,圍繞圓柱或圓錐運動時,圓柱或圓錐上就形成了螺旋線。沿著螺旋線產生的溝漕和突起物就是螺紋。圓柱的外側螺紋叫外螺紋。圓柱的內側螺紋叫內螺紋。螺紋是內、外一組同時使用的。

螺紋的主要參數:

1)螺距P:相連兩個螺紋頂尖的距離。

2)導距L:螺紋旋轉一周時,螺紋上一點沿軸線方向前進的距離。

注:一條螺旋線產生的螺紋叫單頭螺紋,螺距與導距相等。兩條或兩條以上的等間隔的螺旋線產生的螺紋叫多頭螺紋。

3)螺紋有效直徑

2、螺紋擰緊

擰緊是用螺栓、螺母把零件連接起來,不能松動。為了不讓其松動,必須在螺栓上施加一個叫“軸向力”的適當拉力(擰緊力)。

實際作業中,因為直接測量軸向力困難,所以螺栓、螺母擰緊時,用“扭矩”代替。

3、螺紋緊固件中的受力情況

螺紋緊固件在緊固狀態下,其受力有三個方面:

1)軸力F:作用在外螺紋件軸向拉力(被連接件夾緊力);

2)支承面摩擦力Fw:螺母或螺栓與被連接件表面間摩擦力;

3)螺紋副摩擦力Fs:外螺紋側面與內螺紋側面間摩擦力。

正常情況下,三種受力比率為:

4、擰緊力矩和緊固軸力的關系

當對螺母施加力時,將產生力矩。力矩:T=F*L;

其擰緊力矩由兩部分組成:

1)支承面摩擦力矩Tw;

2)螺紋副摩擦力矩Ts;

彈性區內,擰緊力矩和緊固軸力(預緊力)的關系式如下:

T=Ts+Tw=K Ff d

預緊力:

Ff=T/Kd

其中,K:扭矩系數,與支承面粗糙度和潤滑情況、螺紋副精度和潤滑情況等有關。

5、影響預緊力因素

在采用同一扭矩緊固時:

I.摩擦系數上升,K值變大,則預緊力Ff不足;

II.摩擦系數下降,K值變小,則預緊力Ff增大,可導致螺紋連接破壞失效。

6、緊固件擰緊的實質

緊固件用螺紋進行緊固,其擰緊實質為:控制螺紋的緊固軸力(預緊力),保證被連接件所需的夾緊力。

夾緊力需適中:過小夾不緊,被連接件容易松動;過大夾過緊,被連接件容易損傷,同時,也容易造成螺紋件的損壞。

I.軸向預緊力下限值:由聯接結構的功能決定,此值必須保證被聯接件在工作過程中始終可靠貼合;

II.軸向預緊力上限值:由螺栓(螺母)和被聯接件的強度決定,此值必須保證螺栓及被聯接件在預緊和服役過程中不發生破壞。

(如:螺栓拉長、擰斷、脫扣、被聯接件壓陷/破裂等)

螺紋件緊固特性如下圖:

二、緊固件螺紋典型擰緊方法

緊固系數是選擇螺紋擰緊方法的一個重要條件。其緊固件螺紋擰緊法主要有扭矩法、轉角法及扭矩斜率法三種常用的典型擰緊方法。

1、扭矩法:扭矩法就是利用扭矩與預緊力的線 性關系在彈性區進行緊固控制的一種方法。該方法在擰緊時,只對一個確定的緊固扭矩進行控制,因此,因為該方法操作簡便,是一種一般常規的擰緊方法。但是,由于緊固扭矩的90%左右作用于螺紋摩擦和支承面摩擦的消耗,真正作用在軸向預緊力方面僅10%左右,初始預緊力的離散度是隨著擰緊過程中摩擦等因素的控制程度而變化的,因而該擰緊方法的離散度較大,適合一零件的緊固,不適合重要的、關鍵的零件的連接。

2、轉角法:轉角法就是在擰緊時將螺栓與螺母相對轉動一個角度,稱之為緊固轉角,把一個確定的緊固轉角作為指標來對初始預緊力進行控制的一種方法。該擰緊方法可在彈性區和塑性區使用。根據緊固轉角和預緊力的關系可知,Q-F曲線斜率急劇變化時,隨著緊固轉角的設定誤差,預緊力的離散度也會變大。因此,在被連接件 和螺栓的剛性較高的場合,對彈性區的緊固是不利的;對塑性區的緊固時,初始預緊力的離散度主要取決于螺栓的屈服點,而轉角誤差對其影響不大,故該緊固方法具有可最大限度地利用螺栓強度的優點(即可獲得較高的預緊力)。應該注意的是該擰緊方法在塑性區擰緊時會使螺栓的桿部以及螺紋桿部發生塑性變形,因此,對螺栓塑性差的以及螺栓反復使用的場合應考慮其適用性。另外,對預緊力過大,會造成被連接件受損的情況時,則必須對螺栓的屈服點及抗拉強度的上限值進行規定。

3、扭矩斜率法:扭矩斜率法是以Q-F曲線中的扭矩斜率值的變化作為指標對初始預緊力進行控制的一種方法。該擰緊方法通常把螺栓的屈服緊固軸力作為控制初始預緊力的目標值。該擰緊方法一般在螺栓初始預緊力離散度要求較小并且可最大限度地利用螺栓強度的情況下使用。但是由于該擰緊方法對初始預緊力的控制與塑性區的轉角法基本相同,所以,需要對螺栓的屈服點進行嚴格的控制。該擰緊方法與塑性區的轉角法相比,螺栓的塑性即反復使用等方面出現的問題較少,有一定的優勢,但是,緊固工具 比較復雜,也比較昂貴。

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