螺纹紧固件装配是现代工业生产的重要组成部分，螺栓是最常见和使用最广泛的螺纹紧固件类型之一。螺栓，像所有螺纹紧固件一样，是理想的回收和符合标准的安全做法。由于螺栓连接是如此广泛地使用，它们的经济重要性再怎么强调也不为过。螺栓连接的原理，以及常用的控制拧紧过程的方法，看似简单。螺栓只是一种螺纹紧固件，它的螺纹没有一直延伸到头部，设计用于与螺母一起使用。但正确紧固螺栓是一项复杂的工作，需要了解螺栓连接的特点和各种紧固方法。没有工作载荷，螺栓只是一个夹紧装置。在螺栓连接中，部件被固定在螺栓和螺母之间。螺栓预紧力与夹紧部件的预紧力相等但相反。在无外载荷的装配状态下，装配预紧力等于螺栓力。 The assembly preload in the clamped parts is equal to the clamp force.
螺栓联合基础知识
在没有施加力的螺栓连接中，即没有外部载荷，当螺栓拧紧时，组件预载的影响会扩大，从而产生夹紧力并压缩夹紧零件。螺栓的小横截面导致进一步延伸，因为夹紧零件的接头压缩小于螺栓延伸。施加装配预载时，螺栓会伸长。夹紧的零件受到拉力的压缩。当向螺栓接头施加外部拉力时，会减小螺栓预载引起的夹紧力，并向螺栓本身施加额外的力。外力通过接头材料作用，然后作用在螺栓上。因此，螺栓进一步延长，压缩力降低。如果不减小作用在接头上的夹紧力，则不能增加螺栓上的载荷。因此，螺栓接头必须设计为保持足够的残余夹紧力。否则，接头可能会松动。预载是安全螺栓连接的主要因素，任何螺栓连接都可能产生不同的预载。然而，在大多数情况下，只能在实验室条件下测量预载。因此，有必要依靠拧紧力矩来确定和测试螺栓接头。当原始夹紧力值在一定时间内下降到较小值时，螺栓连接称为松弛。松弛会影响预载。这是由螺栓头下方和分模线中连接材料的弹性屈服引起的。垫圈、涂层、油漆和蜡通常会导致松弛。如果材料暴露在接触区域的压力下，不良的接头设计也会导致松弛。如果使用相同的方法拧紧多个相同尺寸的螺栓，则预紧力会发生变化，主要原因是螺纹中以及螺栓头和螺母表面下的摩擦、螺纹形状和螺距、表面平整度和操作技术的变化。对于任何特定的拧紧方法，在给定的一组条件下，都会有一个最大和最小的预期预载。紧固系数是衡量螺栓预载分散程度的一个指标，是紧固件紧固方法的函数。拧紧系数定义为特定拧紧方法预期的最大螺栓预载与最小螺栓预载之比。拧紧系数为评估不同紧固方法及其精度提供了一种系统的方法。最大预载不得导致接头失效，例如螺栓断裂，而最小预载必须确保螺栓接头不会松动。拧紧系数增加表明，必须在相同的最小预载下使用横截面较大的螺栓。螺栓连接的主要目的是防止间隙、建立密封或提供摩擦抓地力。当产生的夹紧力大于所施加的工作负载时，可以实现这一点。通过在螺栓头下方使用称重传感器、使用应变计测量螺栓伸长、检测超声波干扰或使用从螺栓内钻孔滑下的中心量规销，在技术上可以测量夹紧力。然而，这些方法既耗时又昂贵，而且只能在特殊情况下使用。在实际生产中拧紧螺栓接头时，选择易于测量的扭矩、旋转角度或屈服值是一种更有效的方法。
转矩控制
扭矩，通过扭力轴测量，是螺纹紧固件连接技术中最容易获得和测量的价值。由扭矩控制的拧紧过程产生的预紧力取决于螺栓头下的摩擦分散、螺纹上的摩擦分散和紧固工具的扭矩分散。扭矩可以通过手动拧紧工具上的关闭离合器、空气关闭工具上的气压以及关闭电动工具上的电机电源来限制。装有传感器和电子控制装置的工具可以很容易地控制扭矩分散。另外一个优点是可以通过角度检测来监测关节摩擦。在扭矩和角度限制的范围内显示的纲要结果可以确保一个关节的夹紧力只在允许的范围内分散。扭矩控制的紧固适用于那些可以在接头设计中投影出允许夹紧力分散的应用场合。扭矩控制紧固的优点是扭矩易于测量和控制，工具相对便宜，拧紧后可以通过检查确认扭矩。其主要缺点是，拧紧系数取决于所使用的特定工具和扭矩监测过程。
角控制
角度控制紧固需要一个配有角度和扭矩传感器和必要的电子控制的紧固工具。为了获得最佳效果，建议使用至少三个螺纹的咬边紧固件和螺杆延伸紧固件。在角度控制的拧紧螺栓拉伸超过其屈服点，进入其应力-应变特性曲线的平段。在给定的阈值时刻，通过计算或实验确定所需的角度。该工艺获得的预紧力取决于应力面积、夹紧长度、螺纹摩擦和紧固件强度，但与扭矩和头摩擦的分散无关。这种紧固方法的塑性伸长较大，一般排除了重复使用该紧固件的可能性。只有在有限及受限制的情况下才允许重新申请。角度控制的拧紧可以应用于螺栓是最薄弱的环节。永久变形发生在自由、无张力的螺纹或柄中。角度控制紧固的主要优点是其相对恒定的夹紧力，一般不受摩擦和扭矩分散的影响。 It is also easy to reproduce in a workshop or during service. The extensive measuring required is a disadvantage, as is the requirement for the fastening tool to be equipped with both torque and angle sensors. Greater tool capacity is also required, and the limited reapplication of fasteners must be taken into account.产量控制
在屈服控制紧固中，当螺栓被拧紧时，扭矩的增加是通过固定的角度增量来不断计算的。只要胡克定律成立，力矩斜率就是常数。一旦超过锚杆材料的比例极限，弯矩斜率在角增量上减小。屈服控制收紧允许紧固件延伸到其精确的屈服点。因此，一个恒定的夹紧力可以发展为独立于摩擦和力矩分散，因此，只依赖于螺栓规格。由于螺栓的伸长率很小，仅约为夹紧长度的0.2%，可以反复使用。然而，伸长率足以通过长度测量来检测屈服点。在没有其他部件在螺栓之前达到其屈服点的应用中，屈服控制的拧紧是有益的。此外，由于伸长率低，延长长度大约为2至3个自由丝被认为是足够的。这是一种经过验证的实现高预紧力一致性的方法，消除了对摩擦或扭矩分散的担忧。 The principal advantage of yield-controlled tightening is that it provides uniform preload, relatively independent of friction and moment scatter. It also allows use of bolts with small cross section, corresponding to a tightening factor of unity. No special bolt types are required and bolts can be reused. However, it requires expensive equipment and extensive electronic measurements.检查螺栓接合
确认关节是否正确紧固可能是一个挑战。然而，有时有必要测试拧紧的螺栓。例如，在扭矩未知的情况下分析拧紧的螺栓，记录剩余扭矩以满足ISO 9000的要求，检测接头特性的变化，如螺栓松弛。后者对于产品开发过程中的批量和疲劳测试尤为重要。各种测试程序是可用的。按其重要性顺序分别是测试扭矩、分离扭矩和检验扭矩。测试扭矩是不发生相对运动的最小扭矩。分离扭矩是在有预紧力或没有预紧力的情况下，测试螺母和螺栓之间发生初始相对运动时所测得的扭矩。所施加的力的方向，拧紧或放松，在分离时刻被区分。拧紧方向检查扭矩是在扭矩-时间图或扭矩-角图上可以清楚识别螺栓进一步拧紧的扭矩。 The inspection torque test is suitable for most joints with the exception of joints that cannot be tightened or loosened under any circumstances, such as setscrew joints. The proposed inspection torque test allows an indirect indication of the preload during testing. To perform the inspection torque test, an already tightened fastener is tightened further. This is done to achieve the correct measurement of torque over either time or angle of rotation. Once completed, this curve is recorded graphically. Peak torque or breakaway torque, resulting from the effects of overcoming static friction, is of no consequence in this test.
收紧脉冲
在20世纪60年代开发出满足疑难，包括不准确的紧固，高工具磨损，扭矩反应以及操作员的高噪音水平，脉冲工具基本上是具有集成液压减震器的冲击扳手。基本上，它包括由空气电机驱动的液压脉冲模块。操作原理与第一款产品脉冲工具几乎不变。液压脉冲模块的外壳直接连接到空气马达和驱动。最初，模块内的油随附拖动输出主轴，因此输出主轴以与空气电机相同的速度转动，快速运行螺栓。由于螺栓头接触该部件，接头中的扭矩增加，延迟输出轴。此时，模块内的油室被密封，并且脉冲模块的动能作为输出轴作为扭矩脉冲传递。气动电机在扭矩脉冲之后达到近止挡，油室未密封，并且循环重复，直到在接头中实现所需的扭矩并且工具关闭。关闭扭矩可调节，以确保特定螺栓连接所需的扭矩和预载荷。脉冲间隔，也称为脉冲频率几乎是恒定的。 The pulse amplitude and the preload increase step by step from each pulse to the next. Due to the large difference in pulse amplitudes as the bolt begins to tighten, significant torque and preload scatter will result if shutoff occurs before set torque is achieved. Friction and relaxation can also affect the tightening moment or the preload in the bolt, depending on the type of joint. Air motors are commonly used in rotary pulse tool drive systems due to their good power-to-weight ratio. The air motor can also accommodate the demands of a hydraulic pulse unit, which requires a motor to come to a near stop at each impulse. Conversely, an electric motor drive system requires special reduction measures because of its high-speed dynamics. Editors note: This article is condensed from a book written by the authors. To request a copy, visit www.clecotools.com.
