La conexión atornillada es el método de conexión desmontable más común en la instalación de equipos mecánicos. Para garantizar la rigidez y la capacidad anti-aflojamiento de la conexión roscada del perno en uso, es necesario preapretar durante el montaje, y cómo determinar el par de preapriete se convierte en un problema que debe estudiarse. Si el par de precarga es demasiado grande, la conexión fallará y si es demasiado pequeño, no cumplirá con los requisitos de uso adecuados. Por ello, la determinación del par de apriete de los tornillos se ha convertido en una cuestión fundamental en los trabajos de montaje.

Análisis de la condición de tensión del par de conexiones atornilladas

Las conexiones atornilladas generalmente se aplican en grupos, y el método de transmisión de fuerza, el número y la disposición deben diseñarse de acuerdo con la estructura de las partes conectadas y la carga de las partes conectadas. En general, las condiciones de tensión de la unión atornillada son las siguientes:
(1) Fuerza axial pura, el perno solo está sujeto a fuerza axial;
(2) Fuerza lateral, la fuerza radial del perno;
(3) Momento de rotación, como la conexión de la pestaña de la rueda;
(4) Momento de vuelco, también llamado momento de vuelco.

Entre ellos, (1) y (4) el par de conexiones atornilladas está bajo tensión, y (2) y (3) el par de conexiones atornilladas puede estar bajo tensión o esfuerzo cortante.

Análisis del par de apriete en medidas anti-aflojamiento de pares de conexiones atornilladas

Existen tres métodos antiaflojamiento comúnmente utilizados para conexiones atornilladas en aplicaciones de ingeniería: antiaflojamiento por fricción, antiaflojamiento mecánico y antiaflojamiento permanente. Entre ellos, el antiaflojamiento mecánico y el antiaflojamiento por fricción se denominan antiaflojamiento desmontable. En las aplicaciones de instalación, se debe aplicar un par de apriete. Se denomina antiaflojamiento permanente al antiaflojamiento no removible, que no se puede reutilizar, por lo que es menos utilizado en trabajos de montaje de equipos mecánicos.

(1) Los métodos comunes de fricción y antiaflojamiento incluyen el uso de arandelas elásticas, tuercas autoblocantes y tuercas dobles. En el método anti-aflojamiento de la arandela elástica, el par de apriete aumenta el par de compresión de la arandela elástica, pero debido a que el valor del par de compresión no es grande, a menudo se ignora en el cálculo. En el método anti-aflojamiento de la tuerca autoblocante, el par de apriete es el mismo que el de los pernos ordinarios. En el método antiaflojamiento de tuercas dobles (tuercas superiores), se debe considerar el par de apriete de las tuercas delantera y trasera.

(2) Métodos mecánicos comunes contra el aflojamiento: utilice pasadores partidos, juntas de tope y cables de alambre, etc. Los métodos mecánicos utilizan principalmente estructuras mecánicas como pasadores partidos para evitar que los pernos regresen. El par de apriete de este método es el mismo que el del método ordinario.

(3) Los métodos antiaflojamiento permanentes incluyen perforado de bordes antiaflojamiento, unión antiaflojamiento, etc. Este método generalmente se usa para conexiones permanentes y no se puede desmontar, pero su par de apriete no es el mismo que el de los métodos ordinarios.

Para el par de apriete del par de conexiones atornilladas, el método antiaflojamiento mecánico y el método antiaflojamiento permanente son ambos de apriete de una sola tuerca, y el par de apriete es el mismo que el de la conexión de perno de tensión general. En el método de fricción anti-aflojamiento, el anti-aflojamiento de la arandela elástica aumenta el par de presión de la arandela elástica sobre la base del apriete de una sola tuerca durante el apriete. Al apretar el método de doble tuerca, es necesario prestar atención a la diferencia en el par de apriete de las tuercas delantera y trasera, que deben tratarse por separado.

Análisis y Cálculo de Relación entre Fuerza Axial y Torque de Apriete

El par de apriete es ejercido por el movimiento de torsión del llave hidráulica. El par de torsión T del movimiento de torsión supera principalmente el par de resistencia de la rosca T1 del par de roscas y el par de fricción de la cara del extremo T2 entre la tuerca y la superficie de apoyo de la pieza conectada. Es decir, se puede obtener la siguiente fórmula:

1
En la fórmula: T―par de apriete; F0—fuerza de preapriete, N;ω—ángulo ascendente de la rosca;—ángulo de fricción equivalente de la rosca; d2: diámetro de paso de rosca, mm;

μ: el factor de fricción entre la tuerca y la superficie de apoyo del conector;

Dw – el diámetro de la tuerca o arandela conectada al plano de apoyo;

d0: el diámetro exterior de la rosca;

d-diámetro nominal de la rosca, mm;

K – Coeficiente de par de apriete,

Por lo tanto, cuando los pernos son del mismo tamaño, la precarga axial de los pernos es proporcional al par de apriete y el factor de proporcionalidad es el coeficiente de par de apriete K.

El cálculo del valor del coeficiente K es un proceso relativamente complicado. En términos generales, para roscas ordinarias M12~M64 de rosca gruesa, el coeficiente de par de apriete generalmente varía dentro de un cierto rango.

Se puede considerar que cuando se selecciona el modelo de pernos, tuercas, arandelas, piezas conectadas y otras piezas, el coeficiente de par de apriete se fija en el entorno de trabajo determinado y el estado de trabajo. Es decir, en este caso, la magnitud de la precarga requerida determina directamente la magnitud del par de apriete que se debe aplicar.

Según la fórmula (1), el par de apriete y la fuerza de preapriete del tornillo tienen una relación lineal. Por lo tanto, después de determinar y controlar el par de apriete en la operación inicial, el valor de la fuerza de apriete previo se puede calcular mediante métodos experimentales o teóricos. Debido a la influencia del valor del coeficiente K, la incertidumbre del coeficiente de fricción y los parámetros geométricos, bajo un cierto par de apriete, el rango de variación del valor de la fuerza de precarga es relativamente grande. Por lo tanto, la precisión de controlar la fuerza de apriete previo del perno mediante el par de apriete no es muy alta, y el error es de aproximadamente 25%, y el máximo puede incluso alcanzar aproximadamente 40%.

Esto crea una contradicción: por un lado, el valor específico de la fuerza de precarga requerida se puede diseñar de acuerdo con las condiciones y requisitos de la aplicación, pero por otro lado, la fuerza de precarga requerida no se puede aplicar con precisión en la realidad para lograr su diseño. El valor solo se puede determinar aplicando un determinado par de apriete. Por lo tanto, la siguiente discusión solo considera la relación puramente lineal entre el par de apriete y la precarga e ignora este error.

Cómo determinar la precarga del perno (par de apriete)

En circunstancias normales, un cuerpo de conexión de brida conectado por N pares de pernos y tuercas, mientras proporciona una cierta fuerza de apriete F, genera una presión interna Fx en el cuerpo de conexión. Para este tipo de acoplamiento para fluidos con cierta presión interna, se deben considerar los siguientes cuatro puntos al diseñar el par de apriete de los pernos:

(1) Asegurar la resistencia del perno, es decir, no se permite que pierda la función del cuerpo de conexión debido a la falla de rendimiento del perno debido a un par de apriete excesivo.

(2) Asegure la resistencia de la rosca y evite que la rosca se tropiece debido a un par de apriete excesivo.

(3) Asegúrese de que la brida sea resistente y que la brida no se dañe debido a un par de apriete excesivo.

(4) Asegure el desempeño de las juntas y arandelas, y asegúrese de que la conexión no esté en su lugar debido a un par de apriete demasiado bajo, y que los pernos no estén dañados debido a un par de apriete excesivo.

Tenga en cuenta la fuerza del perno.

En general, se estipula que la tensión de precarga de la conexión roscada apretada no debe ser mayor que 80% de su límite de elasticidad del material σs. Para pernos de acero para conexiones generales, los límites de precarga recomendados son los siguientes:

Pernos de acero al carbono F0=(～)σSAS

Perno de aleación de acero F0=(～)σSAS

En la fórmula: σs: el límite elástico del material del perno, Mpa; As: el área de la sección transversal de la tensión nominal del perno, mm2;

Para conexiones atornilladas importantes, debe haber un método para controlar y medir la precarga. Los métodos comúnmente utilizados son:

(1) Método de par: cuando se usa la llave dinamométrica para medir el par de apriete, generalmente se toma el coeficiente de precarga Q=[1], y el valor indicado de la llave dinamométrica debe ser: M=0.2PD

(2) Método del ángulo de la tuerca: después de atornillar la tuerca hasta el punto de contacto con la parte conectada, se gira un cierto ángulo para obtener la fuerza de apriete previa requerida.

(3) Método de estiramiento previo del perno: estire previamente el perno a la deformación requerida calentándolo y luego apriete la tuerca. Después del enfriamiento, el perno se acorta y la conexión se aprieta previamente. En este método, el perno no se ve afectado por el par de apriete y la resistencia del perno mejora hasta cierto punto, pero se requiere un dispositivo de predeformación.

Este método de cálculo del par de apriete, que simplemente considera la resistencia del perno, tiene ciertas limitaciones. Sin embargo, cuando no hay un requisito de sellado y la resistencia de las partes conectadas es lo suficientemente alta, se puede usar como el par de apriete real, especialmente en el apriete de pernos de anclaje, que es más común y adecuado.

Considere la fuerza del hilo.

Se requiere el par de apriete adecuado para garantizar que las roscas se puedan apretar sin dañar las roscas o las tuercas. Esto requiere que el par de apriete esté entre el par de apriete y el par límite. Hay muchos factores que afectarán el par rotacional y el par límite. Los factores más importantes son el tipo, tamaño, composición de la tuerca, dureza, grosor, etc. de la rosca.

Sin embargo, los dientes roscados y otras dimensiones de pernos y tuercas estándar se especifican según el principio de igual resistencia y experiencia. Cuando se utilizan piezas estándar, estas piezas no requieren cálculos de resistencia. Sin embargo, después de que las piezas no estándar se usen juntas, o después de que se cambie el material, es necesario calcular más la resistencia de la rosca para determinar el par de apriete límite. El método de cálculo de esta fuerza de rosca se puede encontrar en los manuales correspondientes.

Considere la fuerza de las piezas conectadas. Al atornillar bridas u otros conectores, la resistencia de las partes conectadas también es un factor importante a considerar.

Por supuesto, esta fuerza de apriete previo es la fuerza de apriete previo mínima requerida por el perno, y el par de apriete calculado es también el par de apriete mínimo. Dentro de un rango de tamaño adecuado, el par de apriete debería tomar un valor mayor. Por lo tanto, de acuerdo con los requisitos de sellado más básicos, se obtiene el par de apriete mínimo del perno.

Determinación del par de apriete

El par de apriete adecuado es muy importante para las uniones atornilladas. El primer paso para determinar el par de apriete es calcular una fuerza de precarga adecuada F. Después del análisis anterior, se puede determinar que el rango apropiado de F es F1~Min (F2, F3, F4, F5). Entre ellos, F1-la fuerza mínima de compresión de la junta para asegurar el sellado; F2-la fuerza de compresión para destruir la junta o arandela; F3-la fuerza de compresión para destruir el hilo; F4-la fuerza máxima de preapriete disponible para el perno; F5-para hacer que la fuerza de tracción de la falla de la superficie de compresión.

Considerando el uso de sujetadores estándar e ignorando el caso extremo de falla de las partes conectadas, se puede considerar que en la conexión atornillada, la magnitud de la precarga debe estar dentro del rango de F1 a Min (F2, F4). En términos generales, el par de apriete debe tomar un valor grande dentro de un rango adecuado, porque cuanto mayor sea la fuerza axial del perno, mejor será su rendimiento anti-aflojamiento y resistencia a la fatiga, y mayor será la eficiencia del perno. Por lo tanto, la fuerza de precarga más adecuada debería ser Min (F2, F4). Es decir, en el proceso de cálculo de la fuerza de precarga se considera principalmente la fuerza de compresión máxima que puede soportar la junta, y al mismo tiempo se calcula la fuerza de compresión máxima admisible del perno, y el menor valor de los dos se toma.

Resumir

En muchos casos, en el cálculo del par de apriete, solo se consideran uno o dos casos, y el par de apriete del perno se analiza y resume sin considerar exhaustivamente una variedad de condiciones de trabajo diferentes del cálculo del par de apriete mínimo y máximo. método de cálculo. En este documento, se obtiene a través de la discusión un método de cálculo teórico más completo del par de apriete de los pernos.