夹紧力计算受什么影响(残余夹紧力的可靠性评估方法)(1)

当您拧紧螺纹紧固件时,需要大量的扭矩来克服螺纹和支撑面(螺母或螺栓头)下的摩擦。用于克服摩擦的扭矩所占的比例取决于摩擦系数值,但通常在85%到90%之间。

如图1所示,当摩擦系数在0.12,拧紧螺母/螺栓,只有约14%的扭矩用于拉伸紧固件,产生夹紧力,86%的扭矩克服摩擦而损失。拉伸紧固件所需要的力矩总是要克服螺纹升角方向带来的力矩,所以,松开力矩小于拧紧力矩

通常情况下,松开一个新拧紧的紧固件所需的扭矩,比进一步拧紧它所需的扭矩少10%30%

夹紧力计算受什么影响(残余夹紧力的可靠性评估方法)(2)

下图所示在拧紧螺纹紧固件后,再将其松开。拧紧扭矩Ton产生一定的夹紧力(F),然后用扭矩Toff松开它。

对于刚拧紧完的紧固件,Ton大于Toff。如果紧固件停留了很长一段时间,摩擦的变化会导致紧固力矩Toff大于原来的紧固力矩Ton。

夹紧力计算受什么影响(残余夹紧力的可靠性评估方法)(3)

在应用中,由紧固件提供的夹紧力对装配的可靠性或结构完整性至关重要。由于夹紧力难以直接监控,所以大量的注意力放在了确保连接的拧紧方式上,以实现一个可预测的夹紧力。

最常用的拧紧方式是使用一个特定的拧紧力矩。在紧固件的屈服点以下,施加的扭矩和紧固件提供的夹紧力之间的关系是线性的。也就是说,扭矩加倍,夹紧力也加倍

拧紧后,由螺栓连接提供的夹紧力会减少。可发生在螺纹不旋转的情况下,如在应力松弛、嵌入、蠕变和类似的情况下;或者螺栓或螺母旋转的情况,如自松的情况下。

因此,螺栓松动的问题需要必要的质量控制措施来检查其拧紧状态。

在大多数实际应用中,关键因素是夹紧力而不是扭矩。

但问题是,没有低成本的方法来评估紧固件提供的夹紧力,目前通常使用残余扭矩来评估拧紧后的质量状况。

目前有以下三种常用检测方法:

1、拧紧法

在拧紧的螺栓/螺母上进一步拧紧较小的角度获得的静态扭矩到动态扭矩装化点的扭矩,拧紧的角度一般为5-10°。

夹紧力计算受什么影响(残余夹紧力的可靠性评估方法)(4)

2、标记法

先在被检螺栓或螺母头部与被连接体上划一道线,确认相互的原始位置。然后将螺栓或螺母松开10°-30°,在用扭矩扳手将螺栓或螺母拧紧到原始位置,获得最终的拧紧扭矩值。

夹紧力计算受什么影响(残余夹紧力的可靠性评估方法)(5)

3、拧松法

将已经紧固的螺栓/螺母,用扭力扳手进行缓慢的拧松,然后读取其开始转动那一刹那的瞬时扭矩值。

夹紧力计算受什么影响(残余夹紧力的可靠性评估方法)(6)

通过研究紧固力矩和拧松力矩之间的基本关系,针对中性连接的结构,可以推导出紧固力矩Ton和拧松力矩Toff与夹紧力F之间的简单关系,这个公式如下图所示,

夹紧力计算受什么影响(残余夹紧力的可靠性评估方法)(7)

等式中的p是螺纹的螺距。例如,如果一个拧紧的M12螺母/螺栓(螺距p = 1.75mm),测量出扭矩Ton为80Nm, Toff值为60Nm,估计夹紧力为36kN。

本质上,二者扭矩值之间的差异越大,螺栓中存在的力就越大。

在维修售后中,确定连接中的螺栓应该拧紧到多少扭矩有时难以获得。可通过标记法快捷、科学的实现连接结构的可靠性装配。

夹紧力计算受什么影响(残余夹紧力的可靠性评估方法)(8)

确定连接中存在的残留夹紧力是决定装配可靠性和安全性的关键因素。

因此,每一种方法的关键是,能够真实评估残余力矩值性的准确性。

残余扭矩虽然是一种有用的评估工具,但也有一定的局限性,当摩擦条件变化较大时,评估残余夹紧力的有效性也将降低。

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