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A conexão aparafusada é o método de conexão destacável mais comum na instalação de equipamentos mecânicos. Para garantir a rigidez e a capacidade anti-afrouxamento da conexão rosqueada do parafuso em uso, é necessário pré-apertar durante a montagem, e como determinar o torque de pré-aperto torna-se um problema que precisa ser estudado. Se o torque de pré-carga for muito grande, a conexão falhará e, se for muito pequeno, não atenderá aos requisitos de uso adequados. Portanto, determinar o torque de aperto dos parafusos tornou-se uma questão essencial no trabalho de montagem.

Análise da condição de tensão do par de conexões parafusadas

As conexões aparafusadas são geralmente aplicadas em grupos, e o método de transmissão de força, número e disposição precisam ser projetados de acordo com a estrutura das partes conectadas e a carga das partes conectadas. Em geral, as condições de tensão da junta do parafuso são as seguintes:
(1) Força axial pura, o parafuso é submetido apenas à força axial;
(2) Força lateral, a força radial do parafuso;
(3) Momento de rotação, como conexão do flange da roda;
(4) Momento de tombamento, também chamado de momento de tombamento.

Entre eles, (1) e (4) o par de conexão de parafuso está sob tensão, e (2) e (3) o par de conexão de parafuso pode estar sob tensão ou força de cisalhamento.

Análise do Torque de Aperto em Medidas Anti-afrouxamento de Pares de Conexão Parafusada

Existem três métodos anti-afrouxamento comumente usados para conexões aparafusadas em aplicações de engenharia: anti-afrouxamento por fricção, anti-afrouxamento mecânico e anti-afrouxamento permanente. Entre eles, o antiafrouxamento mecânico e o antiafrouxamento por fricção são chamados de antiafrouxamento destacável. Em aplicações de instalação, o torque de aperto precisa ser aplicado. O antiafrouxamento permanente é chamado de antiafrouxamento não removível, que não pode ser reutilizado, por isso é menos utilizado em trabalhos de montagem de equipamentos mecânicos.

(1) Os métodos comuns de atrito e anti-afrouxamento incluem o uso de arruelas de pressão, porcas autotravantes e porcas duplas. No método anti-afrouxamento da arruela de mola, o torque de aperto aumenta o torque de compressão da arruela de mola, mas como o valor do torque de compressão não é grande, muitas vezes é ignorado no cálculo. No método anti-afrouxamento da porca autotravante, o torque de aperto é o mesmo dos parafusos comuns. No método anti-afrouxamento das porcas duplas (porcas superiores), deve-se considerar o torque de aperto das porcas dianteiras e traseiras.

(2) Métodos mecânicos anti-afrouxamento comuns: use pinos divididos, gaxetas de parada e cabos de aço de corda, etc. Os métodos mecânicos usam principalmente estruturas mecânicas, como pinos divididos, para evitar que os parafusos retornem. O torque de aperto deste método é o mesmo do método comum.

(3) Métodos anti-afrouxamento permanentes incluem anti-afrouxamento de perfuração de borda, anti-afrouxamento de colagem, etc. Este método é geralmente usado para conexão permanente e não pode ser desmontado, mas seu torque de aperto não é o mesmo dos métodos comuns.

Para o torque de aperto do par de conexões aparafusadas, o método anti-afrouxamento mecânico e o método anti-afrouxamento permanente são ambos de aperto de porca única e o torque de aperto é o mesmo da conexão de parafuso de tensão geral. No método anti-afrouxamento de fricção, o anti-afrouxamento da arruela elástica aumenta o torque de pressão da arruela elástica com base no aperto da porca única durante o aperto. Ao apertar o método de porca dupla, é necessário prestar atenção à diferença no torque de aperto das porcas dianteiras e traseiras, que precisam ser tratadas separadamente.

Análise e Cálculo da Relação entre Força Axial e Torque de Aperto

O torque de aperto é exercido pelo movimento de torção do chave hidráulica. O torque de torção T do movimento de torção supera principalmente o torque de resistência da rosca T1 do par de roscas e o torque de atrito da face final T2 entre a porca e a superfície de apoio da peça conectada. Ou seja, pode-se obter a seguinte fórmula:

1
Na fórmula: Torque de aperto T; F0—força de pré-aperto, N;ω—ângulo de subida da rosca;—ângulo de atrito equivalente da rosca; d2—diâmetro do passo da rosca, mm;

μ—o fator de atrito entre a porca e a superfície de apoio do conector;

Dw – o diâmetro da porca ou arruela conectada ao plano de suporte;

d0 — o diâmetro externo da rosca;

d—diâmetro nominal da rosca, mm;

K - Coeficiente de torque de aperto,

Portanto, quando os parafusos são do mesmo tamanho, a pré-carga axial dos parafusos é proporcional ao torque de aperto e o fator de proporcionalidade é o coeficiente de torque de aperto K.

O cálculo do valor do coeficiente K é um processo relativamente complicado. De um modo geral, para roscas grossas comuns M12~M64, o coeficiente de torque de aperto geralmente varia dentro de uma certa faixa.

Pode-se considerar que quando o modelo de parafusos, porcas, arruelas, peças conectadas e outras peças é selecionado, o coeficiente de torque de aperto é fixado sob o ambiente de trabalho determinado e estado de trabalho. Ou seja, neste caso, a magnitude da pré-carga necessária determina diretamente a magnitude do torque de aperto que deve ser aplicado.

De acordo com a fórmula (1), o torque de aperto e a força de pré-aperto do parafuso têm uma relação linear. Portanto, após o torque de aperto ser determinado e controlado no início da operação, o valor da força de pré-aperto pode ser calculado por métodos experimentais ou teóricos. Devido à influência do valor do coeficiente K, da incerteza do coeficiente de atrito e dos parâmetros geométricos, sob um determinado torque de aperto, a faixa de variação do valor da força de pré-carga é relativamente grande. Portanto, a precisão de controlar a força de pré-aperto do parafuso pelo torque de aperto não é muito alta, e o erro é de cerca de 25%, e o máximo pode chegar a cerca de 40%.

Isso cria uma contradição: por um lado, o valor específico da força de pré-carga necessária pode ser projetado de acordo com as condições e requisitos da aplicação, mas, por outro lado, a força de pré-carga necessária não pode ser aplicada com precisão na realidade para atingir seu objetivo. valor só pode ser determinado aplicando um determinado torque de aperto. Portanto, a discussão a seguir considera apenas a relação puramente linear entre torque de aperto e pré-carga e ignora esse erro.

Como determinar a pré-carga do parafuso (torque de aperto)

Em circunstâncias normais, um corpo de conexão de flange conectado por N pares de parafusos e porcas, ao mesmo tempo em que fornece uma certa força de aperto F, gera uma pressão interna Fx no corpo de conexão. Para este tipo de acoplamento para fluidos com determinada pressão interna, os quatro pontos a seguir devem ser considerados ao projetar o torque de aperto dos parafusos:

(1) Garantir a resistência do parafuso, ou seja, não é permitido que ele perca a função do corpo de conexão devido à falha de escoamento do parafuso devido ao torque de aperto excessivo.

(2) Garanta a resistência da rosca e evite que a rosca tropece devido ao torque de aperto excessivo.

(3) Certifique-se da resistência do flange, e o flange não pode ser danificado devido ao torque de aperto excessivo.

(4) Garanta o desempenho das juntas e arruelas e certifique-se de que a conexão não esteja no lugar devido ao torque de aperto muito pequeno e que os parafusos não sejam danificados devido ao torque de aperto excessivo.

Considere a força do parafuso

É geralmente estipulado que a tensão de pré-carga da conexão rosqueada apertada não deve ser maior que 80% do seu limite de escoamento do material σs. Para parafusos de aço para conexões gerais, os limites de pré-carga recomendados são os seguintes:

Parafusos de aço carbono F0=(～)σSAS

Parafuso de liga de aço F0=(～)σSAS

Na fórmula: σs—o ponto de escoamento do material do parafuso, Mpa; As—a área da seção transversal da tensão nominal do parafuso, mm2;

Para conexões aparafusadas importantes, deve haver um método para controlar e medir a pré-carga. Os métodos comumente usados são:

(1) Método de torque: Quando o torquímetro é usado para medir o torque de aperto, o coeficiente de pré-carga Q=[1] é geralmente tomado, e o valor indicado do torquímetro deve ser: M=0,2PD

(2) Método do ângulo da porca: Depois que a porca é aparafusada até o ponto de contato com a parte conectada, ela é girada em um determinado ângulo para obter a força de pré-aperto necessária.

(3) Método de pré-estiramento do parafuso: pré-estira o parafuso até a deformação necessária por aquecimento e, em seguida, aperte a porca. Após o resfriamento, o parafuso é encurtado e a conexão é pré-apertada. Neste método, o parafuso não é afetado pelo torque de aperto e a resistência do parafuso é melhorada até certo ponto, mas é necessário um dispositivo de pré-deformação.

Este método de cálculo do torque de aperto, que simplesmente considera a resistência do parafuso, tem algumas limitações. No entanto, quando não há necessidade de vedação e a resistência das partes conectadas é alta o suficiente, pode ser usado como torque de aperto real, especialmente no aperto de chumbadores, que é mais comum e adequado.

Considere a força do fio

O torque de aperto adequado é necessário para garantir que as roscas possam ser apertadas sem danificar as roscas ou porcas. Isso requer que o torque de aperto esteja entre o torque de aparafusamento e o torque limite. Existem muitos fatores que afetarão o torque rotacional e o torque limite. Os fatores mais importantes são o tipo, tamanho, composição da porca, dureza, espessura, etc. da rosca.

No entanto, os dentes da rosca e outras dimensões dos parafusos e porcas padrão são especificados de acordo com o princípio de igual resistência e experiência. Ao usar peças padrão, essas peças não requerem cálculos de resistência. No entanto, depois que as peças não padronizadas são usadas juntas, ou depois que o material é alterado, a resistência da rosca precisa ser calculada para determinar o torque de aperto limite. O método de cálculo desta resistência de rosca pode ser encontrado nos respectivos manuais.

Considere a força das peças conectadas. Ao aparafusar flanges ou outros conectores, a resistência das peças conectadas também é um fator importante a ser considerado.

Obviamente, esta força de pré-aperto é a força de pré-aperto mínima exigida pelo parafuso, e o torque de aperto calculado também é o torque de aperto mínimo. Dentro de uma faixa de tamanho adequada, o torque de aperto deve ter um valor maior. Portanto, de acordo com os requisitos de vedação mais básicos, obtém-se o torque mínimo de aperto do parafuso.

Determinação do torque de aperto

O torque de aperto adequado é muito importante para juntas aparafusadas. O primeiro passo para determinar o torque de aperto é calcular uma força de pré-carga adequada F. Após a análise acima, pode-se determinar que a faixa apropriada de F é F1~Min (F2, F3, F4, F5). Entre eles, F1-a força mínima de compressão da junta para garantir a vedação; F2-a força de compressão para destruir a junta ou arruela; F3-a força de compressão para destruir o fio; F4-a força máxima de pré-aperto disponível para o parafuso; F5-para fazer a A força de tração da falha da superfície de compressão.

Considerando o uso de fixadores padrão e ignorando o caso extremo de falha das partes conectadas, pode-se considerar que na conexão parafusada, a magnitude da pré-carga deve estar dentro da faixa de F1 a Min (F2, F4). De um modo geral, o torque de aperto deve ter um valor grande dentro de uma faixa adequada, pois quanto maior a força axial do parafuso, melhor seu desempenho anti-afrouxamento e resistência à fadiga, e maior a eficiência do parafuso. Portanto, a força de pré-carga mais adequada deve ser Min (F2, F4). Ou seja, no processo de cálculo da força de pré-carga, considera-se principalmente a força de compressão máxima que a junta pode suportar, calculando-se ao mesmo tempo a força de compressão máxima admissível do parafuso, e o menor valor das duas é tomada.

Resumir

Em muitos casos, no cálculo do torque de aperto, apenas um ou dois casos são frequentemente considerados, e o torque de aperto do parafuso é analisado e resumido sem considerar de forma abrangente uma variedade de diferentes condições de trabalho a partir do cálculo do torque de aperto mínimo e máximo. método de cálculo. Neste artigo, um método de cálculo teórico mais abrangente do torque de aperto do parafuso é obtido por meio de discussão.