(Последнее обновление: 8 марта 2023 г.)

В этой статье мы обсудим методы контроля затяжки болтов из реальной ситуации крутящего момента и усилия зажима в болтовых соединениях.

1. Метод управления крутящим моментом

Метод управления крутящим моментом является самым начальным и простым. Он основан на резьбовом соединении, когда затянута осевая сила зажима F, пропорциональная моменту затяжки T, который можно выразить формулой T=K·F, и этот K является коэффициентом момента. Когда винт проектируется, его осевая зажимная сила F известна, а момент затяжки T устанавливается в процессе. Наш момент затяжки также регулируется технологическим отделом. Однако в сборочном цеху часто бывает так, что момент затяжки достигнут, а собранные болты все еще некачественные.

Почему это?

Ключ заключается в коэффициенте крутящего момента. Основным фактором колебания коэффициента крутящего момента K является общий коэффициент трения u, то есть точность болтов и винтовых отверстий, загрязнения и то, были ли они ударами, будут влиять на общий коэффициент трения u. Кроме того, это значение K также связано с температурой. Эксперимент Sumitomo Corporation в Японии доказывает, что коэффициент крутящего момента K будет уменьшаться на 0,31% при повышении температуры окружающей среды на каждый 1°C. Является ли метод контроля крутящего момента точным? Чтобы усилить влияние для всех, согласно отчету об экспериментах по затяжке Немецкой ассоциации инженеров, когда погрешность момента затяжки T составляет ± 0 (то есть приложенный крутящий момент отсутствует), погрешность осевого усилия зажима болт может достигать ±27,2%.

Шаги приложения:

• Приложение с прямым или косвенным управлением крутящим моментом
• Фактический целевой крутящий момент обычно составляет от 50% до 85% предельного крутящего момента.
• Используется для крепления эластичных зон.
• 90% крутящего момента используется для преодоления трения
• Точность предварительного натяга ±25%

Преимущества метода контроля крутящего момента: низкая стоимость и возможность использования простого динамометрического ключа для затяжки для проверки качества затяжки.

Его недостатками являются недостаточная точность затяжки, неспособность полностью использовать потенциал материала и большое влияние окружающей среды (температура, резьба болтов, загрязнения, удары и т. д.).

2. Метод управления крутящим моментом (ТА) также называют методом гиперупругого управления.

Метод контроля крутящего момента и угла поворота заключается в том, чтобы затянуть болт до небольшого крутящего момента, обычно 40%-60% момента затяжки (разработанного после проверки процесса), а затем начать с этой точки затягивать заданный метод контроля угла поворота.

Этот метод основан на определенном угле поворота, болт производит определенное осевое удлинение, и соединительный элемент сжимается. Целью этого является привинчивание болтов к плотной контактной поверхности и преодоление некоторых неровностей и неровностей поверхности, а осевое усилие зажима, необходимое позже, создается углом поворота. После расчета угла поворота влияние сопротивления трения на осевую зажимную силу больше не существует. Поэтому его точность выше, чем у простого метода контроля крутящего момента. Ключевым моментом метода контроля крутящего момента является измерение начальной точки угла поворота. Как только угол поворота определен, мы можем получить очень высокую точность затяжки.

Благодаря более совершенному методу затяжки был произведен инструмент, адаптирующийся к производительности, который является электрический инструмент для затяжки. Он состоит из зубчато-локтевого датчика с моторным приводом и т. д. Относительно легко установить крутящий момент раннего предупреждения и начальный угол.

Шаги приложения:

• Примените фиксированный крутящий момент (пусковой крутящий момент (открытие двери)).
• Поверните застежку, чтобы достичь заданного угла
• На начальном этапе затяжки от текучести этот момент также используется в упругой области.
• Необходимо экспериментально определить начальный (открывание двери) крутящий момент и параметры угла поворота.
• Точность предварительного натяга ±15%

Метод управления крутящим моментом (TA) Преимущества: можно получить высокую точность затяжки и большое осевое усилие зажима.

Недостатки: система управления относительно сложна, и необходимо измерять два параметра: крутящий момент предварительной затяжки и угол поворота. Отделу качества трудно найти подходящий метод для проверки и отслеживания результатов затяжки.

3. Метод контроля предела текучести (TG)

Из приведенной выше диаграммы силы зажима видно, что погрешность осевого предварительного натяга болта ΔF2 в упругой зоне намного меньше, чем погрешность осевого предварительного натяга болта ΔF1 в упругой зоне при той же погрешности угла поворота.

Метод контроля предела текучести — это метод остановки затяжки после того, как болт затянут до предела текучести. Это высокоточный метод затяжки, разработанный с использованием явления текучести материала. Этот метод управления определяет предел текучести путем непрерывного расчета и оценки наклона кривой момента затяжки/угла поворота.

В процессе затяжки болта кривая изменения крутящего момента/угла поворота показана на сравнительной диаграмме крутящего момента и наклона крутящего момента. В начале реального затягивания наклон быстро растет, а затем остается постоянным после кратковременного замедления (интервал a_b). После прохождения точки b его наклон быстро падает после кратковременного медленного падения. Когда наклон падает до определенного значения (обычно определяемого, как когда наклон падает до 1/2 от максимального значения), это означает, что достигнут предел текучести (то есть точка Q на диаграмме сравнения крутящего момента), и немедленно посылается сигнал о прекращении затяжки.

Точность затяжки методом контроля предела текучести очень высока, а погрешность усилия предварительной затяжки можно контролировать в пределах ±4%, но ее точность в основном зависит от предела текучести самого болта.

Шаги приложения:

• Крутящий момент и угол поворота контролируются во время затяжки
• Когда максимальный уклон точки падает, чтобы определить максимальный уклон и предел текучести.
• Используйте потенциал максимальной силы сжатия
• Отсутствие снижения трения
• Позволяет контролировать угол крутящего момента при затяжке
• Болты больше нельзя использовать
• Точность предварительного натяга ±8%

4. Seat Point – метод углового контроля (SPA)

Метод управления точкой посадки по углу поворота — это новый метод управления, разработанный на основе метода ТА по крутящему моменту и углу поворота. Метод ТА использует определенный предварительный крутящий момент Ts в качестве начальной точки угла поворота, в то время как метод SPA вычисляет начальную точку угла поворота, используя точку пересечения S наклона линейного сегмента кривой крутящего момента и координату угол поворота А.

На рисунке F1 — максимальная осевая погрешность предварительной затяжки болта по методу ТА, а F2 — максимальная осевая погрешность болтовой предварительной затяжки по методу SPA.

Из рисунка видно, что при использовании метода ТА из-за погрешности TS предварительного затяжки (ΔTs=Ts2-Ts1, что соответствует погрешности осевой силы предварительной затяжки болта ΔFs). То есть после поворота на один и тот же угол A1 по сравнению с двумя условиями затяжки с разными коэффициентами упругости ошибка осевого усилия предварительной затяжки болта составляет F1.

Даже если коэффициенты упругости равны, существуют определенные ошибки из-за существования ΔT (см. ΔF1 и ΔF2 на рисунке).

Если используется метод SPA, поскольку точка посадки S прошла через угол A2 по сравнению с двумя условиями затяжки с разными коэффициентами упругости, погрешность осевого усилия предварительной затяжки болта составляет F2. F2 меньше, чем F1, то есть точность затяжки метода контроля угла поворота точки посадки выше, чем точность метода контроля угла поворота крутящего момента.

Используя метод SPA, можно практически исключить влияние коэффициента трения на осевое усилие предварительной затяжки болта. На следующем рисунке показаны кривые зависимости крутящего момента от угла поворота, соответствующие различным коэффициентам трения во время затяжки. Коэффициент трения на рисунке µ1>µ2>µ3.

Хотя наклоны кривых отношения крутящий момент-угол поворота, соответствующие различным коэффициентам трения, различны, их опорные точки (точка пересечения наклона линейного участка кривой и горизонтальной оси) не сильно отличаются.

Следовательно, закручивая из этой точки еще один угол Ас, можно исключить влияние различных коэффициентов трения на осевое усилие предварительной затяжки болта.

По сравнению с методом TA, основное преимущество метода SPA заключается в том, что он может устранить ошибку крутящего момента, возникшую при Ts, что позволяет дополнительно повысить точность затяжки.

5. Метод удлинения болта (QA)

Метод контроля качества — это метод контроля, который определяет, достигнут ли предел текучести, путем измерения удлинения болта. Хотя предел текучести каждого болта непостоянен, это также может вызвать ошибки при затяжке, но ошибки, как правило, очень малы.

Метод измерения удлинения болтов в методе обеспечения качества обычно измеряется ультразвуковыми волнами. Эхо-частота ультразвуковых волн увеличивается с удлинением болтов. Следовательно, определенная частота эха представляет определенное удлинение.

Диаграмма является принципом метода обеспечения качества.

При затягивании и ослаблении болтов кривые изменения эхо-частоты, измеренные ультразвуковым прибором при затягивании (удлинении) и ослаблении болтов (уменьшение удлинения), не совпадают. Частота нарастания осевого преднатяга того же болта ниже частоты спада. Таким образом, следует соблюдать осторожность при измерении предела текучести болтов.

6. Метод наклона крутящего момента

Метод наклона крутящего момента — это метод управления начальным усилием предварительной затяжки с использованием изменения значения наклона крутящего момента на кривой крутящий момент-угол вращения в качестве показателя.

Этот метод затяжки обычно рассматривает осевую силу затяжки болта в качестве целевого значения для контроля начального усилия предварительной затяжки.

Этот метод затяжки обычно используется, когда разброс начального усилия предварительной затяжки болта мал и прочность болта может быть использована в максимальной степени. Однако, поскольку контроль начального усилия предварительной затяжки этим методом затяжки в основном такой же, как и при методе угла поворота в пластической зоне, необходимо строго контролировать предел текучести болта.

По сравнению с угловым методом в зоне пластичности этот способ затяжки имеет меньше проблем с точки зрения пластичности болта, то есть многократного использования, и имеет определенные преимущества. Однако инструменты для затяжки являются более сложными и дорогими.

В конце

Существует множество методов контроля крутящего момента болтов, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Либо инструмент дорогой, либо погрешность большая, либо расчет сложный. Поэтому TorcStark по-прежнему рекомендует использовать профессиональные инструменты для затяжки болтов, чтобы контролировать крутящий момент болтов во время затяжки и демонтажа. Например, электрические/пневматические динамометрические ключи, гидравлические ключи/натяжители и т. д. Использование болтовых инструментов может полностью исключить необходимость беспокоиться об ошибках и расчетах, а также полностью доступно по цене.