对于遇到螺栓连接问题的人,我经常问的第一个问题是:“您是如何确定指定的安装扭矩的?”除了几个关键行业外,最常见的回答是“它来自于一张表格”或“它一直是这样的”,这意味着它可能来自于同一张表格的旧版本。

安装扭矩是设计工程师和制造工程师在装配讨论中最常见的问题之一。然而,最普遍的误解是,接头的完整性取决于施加正确的扭矩。

相反,由螺栓张力产生的夹紧负载通常是重要的。正确的扭矩只能通过它所产生的张力来知道。这类似于根据锤击的力来预测钉子的握持力。

并不是锤子的力量使甲板在一起,而是钉子的力量。就像你不知道增加抓力的钉子基于下锤击的力量,因为钉子和木头的配置文件属性不同,你不能计算给定转矩产生的夹负载由于摩擦因素的联合。

这通常用扭矩-张力关系的简写形式表示:T=kDF,其中T为扭矩;K,摩擦系数,是这些摩擦因子的仓库;D为螺栓直径;F为螺栓张力所产生的力。

对于给定尺寸和等级的螺栓,任何推荐安装扭矩图表都必须假定特定的摩擦系数,通常为0.2。但是,即使对于普通材料,这个系数也会有百分之百的变化,并且不能通过分析方法准确地预测它。

因此,只有通过测试确定有效摩擦系数,才能准确地确定产生给定张力的“正确”扭矩。这也应该指出安装工具的局限性,以确保可靠的连接。

由于施加扭矩和产生的螺栓张力是成比例的,在施加扭矩或估计摩擦系数时,给定的百分比误差将产生相同的螺栓张力误差。然而,在绝大多数情况下,使用任何类型的扭矩指示工具时,施加扭矩的精度要比估计的摩擦系数高得多。因此,关注安装工具的准确性并不像了解接头本身那样富有成效。

虽然术语“螺栓张力”和“夹紧负荷”经常互换使用,但有一个重要的区别。最常用的定义是,夹紧载荷是指螺栓张力对施加在接合界面上的载荷所产生的力。螺栓张力是由螺栓伸长产生的力,与它应用的地方无关。

有什么区别呢?想象一个沉重的焊接制造被螺栓在四个角上的平板。焊件上的配合位置不太可能与安装板在同一平面上,因此它们将需要偏转以使它们落在板上。

将焊件拉到板上所需的力是由螺栓张力产生的。但是,直到焊件与板接触,没有张力将有助于夹具负载。因此,根据螺栓张力计算夹紧载荷会导致对接头能力的高估。

让T=kDF确定安装扭矩而不经过验证的另一个风险是,组件是否能够处理所需螺栓张力产生的应力的不确定性。虽然人们普遍认为,在螺钉失效之前,将紧固件拧入金属螺母通常会导致热塑性部件断裂或挤压,但当接头堆中有间隙时,所有金属接头也可能发生组件屈服。

通常,这些看起来是微不足道的,像焊接螺母或螺母夹和配合部分之间的间隙。另一个原因是构件的抗压强度超过了。使用内六角螺钉固定铝或低碳钢部件是一个常见的例子。这些紧固件头部下的承载面积是如此之小,以至于在充分利用紧固件的高强度之前,软部件的抗压强度将远远超过。

在许多情况下,确定安装扭矩的“参考表”方法不会导致接头失效。但是,理解这里提出的基本原则将有助于确保更大的成功几率。毕竟,像扭矩这样重要的东西应该更多地依赖于工程而不是咨询通灵板。

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