從螺栓連接中扭矩和夾緊力的實(shí)際情況，來(lái)探討螺栓擰緊控制方法。 如上圖所示：施加扭矩旋轉螺栓后，螺桿受力伸長(cháng)了，螺桿伸長(cháng)產(chǎn)生夾緊力把連接件夾緊了。我們知道，施加的扭矩并不象夾緊力那么簡(jiǎn)單，在通用公式中： 力（F）*力矩（L）=扭矩M 也就是說(shuō)螺栓旋轉的越多，得到的扭矩越大。但是90%扭矩被摩擦力消耗掉了，只有10%轉化為了夾緊力。打個(gè)比方，當你上緊一顆工藝要求為10N·m力矩的螺栓時(shí)，我們真正需要的是那1N·m軸向力矩，大多數力矩都被摩擦力消耗掉了。 摩擦力和夾緊力是什么關(guān)系呢? 前面已經(jīng)講到，通常情況下，遵循50-40-10原則，就是50%的螺栓頭下摩擦力，40%的螺紋副中摩擦力，10%的夾緊力。但是在一些條件下夾緊力的比例是可以變化的。 比如說(shuō)當衡翼工人師傅拿起一顆螺栓發(fā)現其螺紋有碰傷或者有雜質(zhì)，您一旦將其裝入螺孔內，這樣的螺栓產(chǎn)生怎樣的夾緊力呢？一般認為螺紋副中有缺陷（雜質(zhì)、磕碰等）按照裝配力矩裝配后，存在50%的螺栓頭下的摩擦力，45%螺紋副中的摩擦力，只有5%我們想要的夾緊力。這時(shí)候這顆螺栓的裝配力矩是達到了，但是遠不符合我們所需要的夾緊力。如果這里螺栓在飛輪，曲軸等這樣的運動(dòng)件上就非常容易發(fā)生脫落，這就造成了我們經(jīng)常說(shuō)的“假緊”。 還有彈性材料變軟會(huì )使夾緊力衰減，也是通常我們說(shuō)軟連接的扭矩衰減。比如汽缸蓋墊材料較軟我們采用二次擰緊的方法來(lái)減少夾緊力的衰減，還有機油盤(pán)螺栓經(jīng)常發(fā)生夾緊力衰減，就是因為螺栓下面有機油盤(pán)墊片（軟質(zhì)材料的原因）。 試想我們需要螺桿伸長(cháng)而產(chǎn)生夾緊力，扭矩越大螺桿可以伸的越長(cháng)，是不是扭力越大越好呢？我們施加的扭矩越大會(huì )使螺栓過(guò)度伸長(cháng)，螺栓超過(guò)屈服強度極限就會(huì )發(fā)生應力斷裂。 從而失去了螺栓的鏈接作用。 在實(shí)際工作中，不論是兩被連接體間的壓緊力還是螺栓上的軸向預緊力，均很難檢測，也就很難予以直接控制，因而，人們采取了下述幾種方法予以間接控制。 1、扭矩控制法（T） 扭矩控制法是Z初始也是Z簡(jiǎn)單的控制法，它是基于螺紋連接時(shí)，軸向夾緊力F擰緊時(shí)與擰緊扭矩T成正比關(guān)系，可用一個(gè)公式T=K·F來(lái)表示，這個(gè)K則是扭矩系數。當一個(gè)螺釘設計出來(lái)時(shí)候他的軸向夾緊力F就是可知的，擰緊扭矩T通過(guò)工藝設定我們的擰緊扭矩也被工藝部門(mén)規范下來(lái)。但是總裝車(chē)間經(jīng)常出現擰緊扭矩達到但是裝配的螺栓依然不合格，這是為什么呢？ 關(guān)鍵就在這個(gè)扭矩系數，扭矩系數K的變化主要波動(dòng)因素是綜合摩擦系數ｕ，也就是說(shuō)螺栓，螺孔的精度，雜質(zhì)，是否磕碰都會(huì )影響這個(gè)綜合摩擦系數ｕ。而且這個(gè)K值和溫度也有關(guān)系，經(jīng)過(guò)日本住友公司通過(guò)實(shí)驗證明環(huán)境溫度每增加1℃，扭矩系數K就下降0.31%。扭矩控制法到底是否呢？給大家加深下影響，根據德國工程師協(xié)會(huì )擰緊實(shí)驗報告稱(chēng)當擰緊力矩T的誤差為±0時(shí)（即*施加扭矩）螺栓軸向夾緊力誤差可以達到±27.2%。 應用步驟：
直接或間接控制地加載扭矩
實(shí)際目標扭矩通常是屈服扭矩的50% to 85%
用在拴緊彈性區域
90%的加載扭矩用于克服摩擦力
預緊力正確度±25% 扭矩控制法的優(yōu)點(diǎn)是：成本低，可以使用簡(jiǎn)易的擰緊工具扭矩扳手來(lái)檢查擰緊質(zhì)量。
其缺點(diǎn)就是：擰緊精度不夠，不能充分發(fā)揮材料潛力，環(huán)境影響大（溫度，螺栓螺紋，雜質(zhì)、磕碰等）。 2 、扭矩-轉角控制法（TA）又稱(chēng)超彈性控制法 扭矩-轉角控制法是先將螺栓擰到一個(gè)不大的扭矩，一般會(huì )是擰緊力矩的40%-60%（由工藝驗證后制定），再從此點(diǎn)開(kāi)始，擰一個(gè)規定的轉角的控制方法。 這種方法它是基于一定的轉角，是螺產(chǎn)生一定的軸向伸長(cháng)及連接件被壓縮了。這樣做的目的是將螺栓擰到緊密接觸面上，并克服了一些表面凹凸不平等不均勻因素，而后面所需求的軸向夾緊力由轉角產(chǎn)生。在計算轉角之后，摩擦阻力對軸向夾緊力的影響不復存在，所以其精度比單純的扭矩控制法要高，扭矩控制法的要點(diǎn)就是測量轉角的起點(diǎn)，一旦這個(gè)轉角確定下來(lái)我們就可以獲得相當高擰緊精度。 由于有了比較先進(jìn)擰緊方法于是產(chǎn)生了一種適應生產(chǎn)力的工具，就是電動(dòng)擰緊工具，它是由電機—驅動(dòng)齒-彎頭齒輪-傳感器等構成，可以相對比較容易的設定預警力矩及起始轉角。 應用步驟：
應用一個(gè)固定扭矩 (起始（開(kāi)門(mén)）扭矩)
轉動(dòng)扣緊件到達預定轉角
離屈服擰緊的Z初階段， 此刻也用在彈性區域。
需要用試驗確定起始（開(kāi)門(mén)）扭矩與轉角參數
預緊力正確度±15% 扭矩-轉角控制法（TA）優(yōu)點(diǎn)：擰緊精度高，可以獲得較大的軸向夾緊力。
缺點(diǎn)：其控制系統比較復雜，需要測量預緊扭矩及轉角2個(gè)數據，質(zhì)量部門(mén)不易找出適當的方法對擰緊結果進(jìn)行檢查跟進(jìn)。 3.屈服點(diǎn)控制法（TG） 通過(guò)上面夾緊力圖即可看出，同樣的轉角誤差在其朔性區的螺栓軸向預緊力誤差ΔF2比彈性區的螺栓軸向預緊力誤差ΔF1要小得多。屈服點(diǎn)控制法就是把螺栓擰緊至屈服點(diǎn)后，停止擰緊的一種方法。它是利用材料屈服的現象而發(fā)展起來(lái)的一種高精度的擰緊方法。這種控制方法，是通過(guò)對擰緊的扭矩/轉角曲線(xiàn)斜率的連續計算和判斷來(lái)確定屈服點(diǎn)的。螺栓在擰緊的過(guò)程中，其扭矩/轉角的變化曲線(xiàn)見(jiàn)扭矩、扭矩斜率對比圖。真正的擰緊開(kāi)始時(shí)，斜率上升很快，之后經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)短的變緩后而保持恒定（ a_b區間）。過(guò)b點(diǎn)后，其斜率經(jīng)簡(jiǎn)短的緩慢下降后，又快速下降。當斜率下降一定值時(shí)（一般定義，當其斜率下降到Z大值的二分之一時(shí)），說(shuō) 明已達到屈服點(diǎn)（即扭矩對比圖中的Q點(diǎn)），立即發(fā)出停止擰緊信號。屈服點(diǎn)控制法的擰緊精度是非常高的，其預緊力的誤差可以控制在±4％以?xún)?，但其精度主要是取決于螺栓本身的屈服強度。 扭矩與轉角是在擰緊中受到監控
當一點(diǎn)Z大值梯度下降時(shí)來(lái)判別Z大梯度與屈服點(diǎn)
利用Z大壓緊力潛能
摩擦力未減小
允許每次擰緊的觀(guān)察扭矩轉角
螺栓不能再使用
預緊力正確度±8% 4. 落座點(diǎn)—轉角控制法 （SPA） 落座點(diǎn)—轉角控制法是Z近新出現的一種控制方法，它是在扭矩-轉角T-A法基礎上發(fā)展起來(lái)的。TA法是以某一預扭矩Ts為轉角的起點(diǎn)，而SPA法計算轉角的起點(diǎn)，采用扭矩曲線(xiàn)的線(xiàn)性段斜率與轉角A坐標的交點(diǎn)S（見(jiàn)圖）。 圖中；F1是TA法Z大螺栓軸向預緊力誤差，F2是SPA法Z大螺栓軸向預緊力誤差。從圖中可見(jiàn)，采用TA法時(shí)，由于預扭矩TS的誤差（ΔTs=Ts2-Ts1，對應產(chǎn)生了螺栓軸向預緊力誤差ΔFs）,在轉過(guò)相同的轉角A1后，相對于兩個(gè)彈性系數高低不同的擰緊工況，其螺栓軸向預緊力誤差為F1；即使是彈性系數相等的，但由于ΔTs 的存在，也有一定的誤差（見(jiàn)圖中的ΔF1、ΔF2）。如若采用SPA法，由于是均從落座點(diǎn)S開(kāi)始轉過(guò)A2轉角后，相對于兩個(gè)彈性系數高低不同的擰緊工況，其螺栓軸向預緊力誤差為F2。顯然F2小于F1，即落座點(diǎn)—轉角控制法擰緊精度高于扭矩－轉角控制法。采用SPA法，摩擦系數大小對于螺栓軸向預緊力的影響幾乎可以*消除，下一圖為擰緊中不同摩擦系數所對應的扭矩－轉角關(guān)系曲線(xiàn)。圖中摩擦系數： µ1>µ2>µ3。雖然不同的摩擦系數所對應的扭矩－轉角關(guān)系曲線(xiàn)的斜率不同，但其落座點(diǎn)(曲線(xiàn)線(xiàn)性段的斜率與橫軸的交點(diǎn))相差不大。故從此點(diǎn)再擰一個(gè)角度Ac，不同摩擦系數對螺栓軸向預緊力的影響基本可以消除。 SPA法與TA法比較，其主要優(yōu)點(diǎn)是：能克服在Ts時(shí)已產(chǎn)生的扭矩誤差，因此，可以進(jìn)一步提高擰緊精度。 5.螺栓伸長(cháng)法（QA） QA法是通過(guò)測量螺栓的伸長(cháng)量來(lái)確定是否達到屈服點(diǎn)的一種控制方法，雖然每一個(gè)螺栓的屈服強度不一致，也會(huì )給擰緊帶來(lái)誤差，但其誤差一般都非常小。在QA法中所采取的測量螺栓伸長(cháng)量的方法，一般是用超聲波測量，超聲波的回聲頻率隨螺栓的伸長(cháng)而加大，所以，一定的回聲頻率就代表了一定的伸長(cháng)量。圖示就是QA法的原理，由于螺栓在擰緊和擰松時(shí)，用超聲儀所測得的回聲頻率隨螺栓的擰緊（伸長(cháng)）和擰松（減小伸長(cháng)量）而發(fā)生變化的曲線(xiàn)并不重合，同一螺栓軸向預緊力的上升頻率低于下降頻率。這樣，在用來(lái)測量螺栓的屈服點(diǎn)時(shí)應予以注意。 6 扭矩斜率法 扭矩斜率法是以扭矩-轉角曲線(xiàn)中的扭矩斜率值的變化作為指標對初始預緊力進(jìn)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Z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(diǎn)進(jìn)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(wèn)題較少，有一定的優(yōu)勢，但是，緊固工具比較復雜，也比較昂貴。 HY-2000N.m微機控制螺紋摩擦系數測試儀 簡(jiǎn)述 | 技術(shù)配置 | 主要用于對各種材料進(jìn)行扭轉性能試驗，增加相應附件亦可對零部件和構件進(jìn)行抗扭試驗。若配微機小角度測量裝置可精密求取扭轉彈性模量（切變模量G）及非比例應力（τp）等試驗資料。是質(zhì)檢單位，大專(zhuān)科研院所及工礦企業(yè)*的試驗檢測設備。本機采用臥式結構，外部為高質(zhì)量板金高噴塑外罩，傳動(dòng)系統采用傳動(dòng)加載系統采用日本松下伺服系統控制。扭矩測量采用高精度扭矩傳感器，轉角測量采用進(jìn)口高精試想光電編碼器； 該軟件是我公司在國內*家基于英國ARM公司32Bit-ARM微處理結構，具有56MIPS高速、的數據處理能力，采樣速率每秒鐘約為100次，實(shí)際精度均達0.5級以上,；控制輸出采用高調速比1：200萬(wàn)范圍，位置移動(dòng)定位更；高速通信波特率115.2kHz使數據的傳輸更快捷；高速采集速率使瞬間變化量的采集更具可靠性；基于32Bit-ARM微處理器上輕松實(shí)現死循環(huán)控制測控系統可進(jìn)行的扭矩、扭力等項物理力學(xué)試驗；在測試過(guò)程中可以給于任意段查看放大試驗效果及參數，并顯示任意段在過(guò)程中的Z大扭矩、扭角、轉角等；可根據客戶(hù)產(chǎn)品要求按GB、DIN、ISO、JIS、ASTM等標準和國外標準進(jìn)行試驗和提供數據；能自動(dòng)求取各試驗所需要的指標。 | - 總扭矩測量范圍（N·M）：2000N.m
- 螺紋扭矩測量范圍（N·M）：1000N.m
- 軸向力測量范圍：5--500KN
- 扭矩測量相對誤差：±1%
- 扭轉角測量范圍：0-100000°（或無(wú)限）
6、扭矩測量相對誤差：±1%（實(shí)際達到±0.5%以上） 7、扭角測量相對誤差: ±1%（實(shí)際達到±0.5%以上） 8、轉角測量相對誤差: ±1%（實(shí)際達到±0.5%以上） 9、轉角速度相對誤差: ±0.5% 10、夾頭間Z大間距：1000mm 11、扭轉速度：0-30R/min 12、夾持試樣尺寸：M10-M30（也可根據試樣來(lái)定） 13、主機外型尺寸：約2200×540×1250mm 14、電源功率：?jiǎn)蜗?/span>5KW 15、重量：1800KG 二、配置：2000N.M主機一臺； - 2000N.m德國Messtechnik公司高精度總扭矩傳感器一套.
- 1000N.m德國Messtechnik公司高精度螺紋扭矩傳感器一套.
- 500KN國內國高精度軸向力傳感器一套.
- 5KW日本松下伺服電機一套。
- 湖北行星高精度伺服電機減速機一臺
- 日本內密控光電編碼器一套。
- 衡翼硬件主板測控系統一套及計算機軟件系統。
- 戴爾品牌電腦和HPA4彩色噴墨打印機各一套。
- 試驗用套筒，墊片各11副(M10-M30)
注：可求取螺拴的，極限扭矩，極限軸向力，屈服扭矩，有效力矩，扭矩系數K，扭轉角度等。螺紋摩擦系數，端面摩擦系數，總摩擦系數等。 |
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