选择最佳的紧固系统

为螺栓连接选择最佳的紧固系统需要密切关注影响最终装配的整体质量和耐久性的因素。

许多因素有助于螺栓连接的整体质量和耐久性。

在ISO认证和统计过程控制的日子里，紧固件质量通常被认为是给定的。然而，在当今世界的成本压力，短的交货期和全球采购，紧固件质量可能低于预期。

另一个影响整体接头质量的因素是准确的预紧力或夹紧力要求。工程师们很少能准确地计算出这一点。幸运的是，基于20世纪70年代开发的数学模型的软件已经解开了有关预紧力的一些谜团。

同样，对应用程序的全面了解将防止质量问题。工程师必须了解螺栓连接组件所处的工作环境和使用条件，包括外部载荷、工作温度和腐蚀性介质。

但也许对接头质量最重要的影响是收紧接头的策略和实现该策略的设备。

它有多重要?

影响紧固系统选择的一个因素是接头的临界性。

显然，最关键的螺栓连接是安全相关的。这些关节，通常被称为A级关节，其中一个关节的失效可能会导致灾难或身体伤害。例如车轮、制动器和舵机。

中间或B级接头与可靠性有关。这些接头的失效可能会导致设备的失效。例如发动机和变速器的螺栓连接。

C级和D级接头与客户满意度有关。这些连接处的一个故障可能会引起恼人的吱吱声、泄漏或嘎嘎声。

预加载和准确性

预紧力是由紧固工具产生的初始拉力夹紧力。在设计阶段必须确定节点的预紧力要求。这可能是复杂的，特别是如果接头将暴露在偏心和动态载荷或不同的热膨胀率。

有些接头要求所有紧固件具有类似的预紧力。例如，用于装配连杆和气缸盖的螺栓上的预紧力必须保持在一个紧公差内，以避免孔变形。

相反，一些关节不保证这种深入的分析，因为预加载水平和准确性并不重要。在这些情况下，可以使用简单的装配工具。

紧缩战略

有几种方法可以用来紧固螺纹紧固件，但并不是所有的工具都能够执行必要的测量。

紧固螺纹紧固件是一种能量转印过程。从工具转移到紧固件的大多数能量被消耗，以克服部件之间的摩擦阻力。多达90％的能量被吸收克服摩擦，只有10％的夹紧载荷产生。结果，最常见的拧紧策略，扭矩控制具有严重限制，提供准确的预载荷。

扭矩控制易于应用和检查。它可以用传感器直接测量，也可以用离合器或失速工具间接测量。扭矩与预紧力的关系如式所示:

T = F_pX dx X k。

在这个公式中，T是扭矩F_p为预紧力，d为紧固件直径，k为摩擦因数。

这种方法的主要缺点是所产生的夹紧载荷受摩擦的影响很大。摩擦很难预测和控制。它取决于很多因素，包括零件的表面光洁度，紧固件上的镀层和涂层，以及润滑。即使是紧固速度也会间接导致摩擦变化。

使用扭矩控制时，预载变化或分散通常为25%到30%。

对扭矩控制方法的改进是具有角度监测的扭矩控制。为此，需要具有扭矩和角度传感器的工具。

这种方法对预紧力变化没有影响，但它确实提供了一个检查，以确保按预期完成紧固过程。

通过监测扭矩(通常是目标扭矩的30%到50%)从一个舒适的或阈值转变的角度，可以检测到诸如交叉螺纹、底出螺栓或变形部件等缺陷。

同样，使用这种收紧策略的预紧力分散率通常为25%到30%。

为了减少这种变化，需要一种基于螺距和紧固时转角之间的关系的拧紧策略。这种策略被称为角度控制或“拧螺母”拧紧。该策略首先将紧固件紧固到一个初始舒适的扭矩，然后将紧固件旋转到一个预定的旋转角度。一旦连接是巩固，角度是成正比的紧固件伸长量，反过来是成比例的预紧力。摩擦不影响这种收紧策略的角度部分，除了它决定了最终扭矩，这只是为了质量目的进行监测。

角度转动和紧固件伸长之间的关系是：

d_l= (a x P) / 360。

在这个方程中，d_l为紧固件伸长率，a为转弯角度，P为螺距。

预加载散射与此策略通常为15％。

另一个策略——拧紧到紧固件的屈服点——是基于紧固件的最大预紧能力。该策略计算了紧固件在拉扭联合作用下的屈服点。这是通过监测转矩在固定角度增量上的变化率来实现的。得到的值就是扭矩梯度。当屈服点达到时，扭矩梯度迅速下降，收紧过程停止。在一个典型的关节中，永久紧固件伸长量为0.025到0.05毫米。

预紧力取决于紧固件材料的抗拉屈服强度和拧紧过程中螺纹摩擦产生的剪切应力。的关系是:

Y²=年代²+ 3 t²．

式中，Y为紧固件的抗拉屈服强度，s为拉应力，t为剪应力。

这种方法受到摩擦和关节变化的影响要小得多。在紧固过程结束时，可以检查最终扭矩和角度，以确保它们落入预定的限度内。通过这种方式，每次收紧循环都是100％检查。

使用这种收紧策略的预紧分散率通常为8%。

其他不太常见的控制预紧力的方法包括超声波、负载指示紧固件、负载指示垫圈和液压张紧。

扭矩水平

应用程序的扭矩水平有时会是选择工具的确定因素。汇编器可以在手动，气动，电动和液压工具之间进行选择。这些工具可以是手持设备，或者它们可以部分地或完全固定在单个或多光线配置中。

手动工具用于低扭矩水平，特别是在大规模生产。虽然一般人可以使用加长扭矩扳手施加500英尺-磅的扭矩，但这并不能连续完成。因此，手动操作通常限制在20英尺-磅。

气动和电动工具的应用范围从0.5英寸。-lb到1000ft -lb

液压工具有时用于1,100 ft-lb以上的应用场合。

紧固件和驱动方式

一些电动工具比其他工具更适合某些紧固件。在评估紧固件时，工程师应提出以下问题:

紧固件螺纹是否有可能引起高扭矩的特性，例如锁紧补丁?
驱动器凹槽是否可以轻松访问该工具？
驱动槽能承受扭矩吗?
如果紧固螺母和螺栓，在装配过程中，没有紧固的部分如何保持?
该工具是否需要特殊固定性？
特殊设备，如螺旋给料机，是否与刀具连接?
紧固件是手工启动，还是一个工具启动，另一个工具完成?
是必要的扭矩反应装置吗？如何将其应用于该工具？
是一种磁插座或钻头吗？

大小及空间限制

空间的限制常常影响工具的选择。一些应用需要带有特殊偏移附件的电动工具。例如，需要一个乌鸦脚头来固定制动班卓琴螺栓。

特殊附件也可用于管螺母应用，如将液压制动管连接到主缸，以及保持和驱动组件，如减震器，内部紧固件固定在适当的位置，而外部紧固件是拧紧的。

其他应用可能需要垂直或水平应用工具或动力头。有时这些工具必须以倾斜的角度使用。难以接近的紧固件通常需要主轴加长件、万向节或摆动套筒。这些装置会影响最终的扭矩。

电源

对于大多数应用程序来说，工具的电源很少是主要考虑的因素，但它值得进行一些回顾。

大多数气动工具需要润滑空气供应。结果，气动工具可能不适合需要清洁环境的应用，例如在最终组装期间的车辆内部。在这种情况下，应使用无绳工具或直流电工具。

大型直流电动工具需要足够的电流来实现全扭矩，可能需要特殊的功率降。多轴电源头通常需要三相电源。

微处理器控制的紧固设备应位于远离电噪声源的地方。

循环速率和接头类型

循环速率会影响工具的选择。如果应用程序具有许多紧固件，并且生产率高，则需要多光线电源头。

此外，对于某些接头类型，有些工具比其他工具更好。如果正在装配普遍扭矩或螺纹成型紧固件，并且使用直流电动工具，则应将其稍微加大，以减少电机过热的风险。一般来说，该工具的运行速度不应超过其容量的85%。

同样，脉冲工具也不是大拧紧角度非常软的接头的最佳选择。工具的能量被接头吸收，而不是传递给扣件。

符合人体工程学的考虑

工人们经常因使用电动工具不当而受伤。常见的损伤包括由振动引起的累积性创伤障碍(CTDs)、由重复性工作任务引起的重复性运动损伤，以及由吵闹的工具造成的听力损失。一个CTD的成本估计为27000美元，因此选择一个符合人体工程学的工具是至关重要的。

直流电动工具通常被证明是符合人体工程学的，以及控制的原因。与类似尺寸的空气离合器或失速工具相比，该工具清洁、安静，产生的扭矩反应更小。

对于涉及手枪握持工具的应用，如果扭矩超过18至20，则需要最小化扭矩反应的装置以防止手腕损伤。脉冲工具消除了这种需要，因为它们产生很少或没有扭矩反应。对于在线或角度扳手，建议用于超过15ft-LB的应用扭矩反应装置。

许多工具和小动力头悬挂在扭矩反作用力平衡器上。这些装置将工具悬挂起来，使其能够根据需要移进或移出位置。同时，它们吸收在拧紧周期结束时产生的所有扭矩反应。

数据收集

由于需要收集装配过程的数据，配备扭矩和角度传感器的电动工具得到了广泛使用。扭矩和角度数据用于监测和记录螺栓连接的质量。施加在紧固件上的峰值扭矩和拧紧后的旋转角度用于在目标极限或指示超出极限的条件下停止扭矩。

该数据通常从商店地板带到远程计算机以进行分析和存储。DC电动工具几乎完全用于这些情况。

安装和维护

在选择电动工具时，应考虑安装、维修、备件和维护费用。

冲击式工具坚固耐用，不需要维护。只要空气管道保持润滑，离合器工具几乎不需要维护。如果做不到这一点，将减少电机叶片和离合器组件的寿命。

脉冲工具需要更频繁的维护。液压油和密封件应定期更换。

直流电动工具如果不正确支持，容易导致电缆故障。这些工具的耐用性不如气动工具，应更小心地使用。

校准

所有的传感器工具应定期重新校准。根据周期的不同，工具可以每班重新校准一次，也可以每年重新校准一次。

无论是受控的还是非受控的紧固系统，都建议采用扭矩审核程序，以确保设备没有调整不当或应用不当。基于微处理器的紧固系统包含用于检查传感器完整性的内置方法。这种止回在每个拧紧周期的开始或结束时进行。

工具类型

既然已经考虑了所有关键因素，就该选择工具了。

气动离合器螺丝刀可与许多离合器机构为不同的应用。可调关闭离合器用于需要精确扭矩控制的复合材料、塑料或金属等关键应用场合。自动关闭减少了空气消耗和扭矩反应。这些工具适用于机械螺钉的硬接头和软接头。也可用于自攻或钣金螺钉，只要攻丝扭矩低于最终扭矩即可。

采用可调缓冲离合器，钢球在压痕板之间滚动，以预设扭矩提供平滑的分离，同时最大限度地减少对操作人员的振动。这是一个好的，通用的扭矩限制离合器。这些工具可以在硬接头和软接头上驱动机器螺钉，但如果自攻扭矩超过最终扭矩，则不应用于螺纹自攻螺钉。

积极颚式离合器适用于驱动扭矩可能超过最终阀座扭矩的应用场合，如在螺纹成形操作中。扭矩由操作人员控制，并通过调节空气压力来限制。

直接驱动工具适用于不需要关键扭矩控制的软接头。

扭矩由操作人员控制，可以通过调节空气压力来限制。

冲击工具的工作原理是这样的:小的旋转锤的反复击打将能量传递到砧上，砧上产生扭矩脉冲，传递到工具的输出轴上。施加在紧固件上的扭矩取决于传递给锤子的能量和工具在接头上停留的时间。扭矩还受关节刚度的影响。

这些工具的一个主要优点是，它们在一个相对较小的包内，以较高的速度提供高扭矩。可在气动和电动模型，这些工具有高的功率重量比和产生小的扭矩反应。它们通常不贵，维护费用低。当预紧精度不是关键时，它们是理想的，因为扭矩可能相差高达50%。

然而，它们产生了很多振动和噪音。大多数传统的冲击工具没有扭矩输出设置，但它们依赖于气压，流量和操作员判断，以确定紧固件是否充分拧紧。

扭矩控制冲击工具有一个内置的或可拆卸的扭力杆，在达到目标扭矩时提供一些控制。可拆卸扭力杆的直径减小，以减少扭矩输出。它们通常被称为“扭力棒”。内置型有一个机构，包括一个内部扭力杆和关闭阀。扭矩控制是通过将扭力杆预加载到所需扭矩来实现的。扭力杆在设定扭矩下弯曲，触发一个关闭阀，立即停止工具。当需要冲击工具的积极特性时，该工具是一个很好的解决方案，大扭矩范围是可以接受的，并且不应超过最大扭矩值。

脉冲工具使用标准空气电机来驱动完全包含的液压机构。通过压缩腔室中的液压流体来传递扭矩，产生压差。然后，该差速器产生扭矩脉冲，其被传递到紧固件。

该工具可以提供一个扭矩传感器和关闭螺线管，连接到可编程的组计数和多个参数设置的电子控制。

脉冲工具最适用于中硬接头。它们速度快，力量大，安静。像冲击扳手一样，它们不会产生扭矩反应。然而，使用这些工具的维护成本可能很高。此外，这些工具通常比同等的冲击扳手更重。此外，由于液压油的低效，它们的功率重量比更低。

气动离合器角扳手包含一个由气动马达驱动到预先设定的扭矩的机构。然后，在不到一秒的时间内，该机构启动一个瞬间驱动脱离过程和一个充气关闭阀。扭矩传递立即被削减到零，从而降低了对操作人员的惯性影响。这种即时响应和完全脱离的结合意味着更精确的控制和更少的操作员疲劳。

这些工具相对便宜并提供低扭矩过冲的良好扭矩可重复性。它们产生低扭矩反应。然而，除非配备昂贵的换能器，否则它们不提供扭矩读数。它们很吵，他们用排气发出油性薄膜。

直流电动离合器螺丝刀可作为直的，按启动，手枪握或角工具。它们包含一个可调离合器和动态马达制动器精确控制。电源通常是一个标准的拉丝电机。

这些轻便的，可调节的工具可以提供可变的速度和软启动，以促进紧固件的位置。通过控制器，他们可以进行帮派计数。

在缺点上，它们具有相当有限的扭矩范围，并且它们没有扭矩读数。此外，刷子需要定期更换。

无绳螺丝刀由可充电电池供电。它们通常提供11 FT-LB的最大扭矩。它们广泛应用于汽车内饰应用，需要清洁，低扭矩，去除方便。该工具具有精密关闭离合器，可提供5％至10％的扭矩精度，具有光滑，静止的操作。

无线工具的主要缺点是它们的功率重量比低，在充电或更换电池之间可以拧紧的紧固件数量相对较少。然而，随着最新电池的快速充电时间，这通常不是一个限制因素。电池电量低是由目视指示器指示的，或离合器无法启动。

尽管直流电动工具的成本高于其他工具，但它们提供了许多好处，包括操作界面和数据采集。该工具通常包含一个无刷直流电机与扭矩和角度传感器。该控制器包含伺服驱动和基于微处理器的控制电子。控制人员获取、处理和报告收紧信息。这些数据可以包括每个周期结束时的扭矩和角度结果，以及参数集、日期和时间，以及基于预定样本大小的统计数据。

此外，控制器可以接收来自智能设备的外部命令，如可编程逻辑控制器或条形码阅读器，并向线路控制器或数据采集网络提供外部输出。

直流电动工具准确、清洁、安静、符合人体工程学。它们的功率重量比很高，运行起来也很经济。然而，它们价格昂贵，对应用比较敏感，而且不如同等的空气工具坚固。并且，这些工具的电缆应该小心管理。