• Select a country/region - China
    • Japan
    • China
    • North America
    • Global

公布日期:2019年06月25日

第7讲 螺絲的緊固管理方法

好久不见!在下螺絲君。
螺絲(螺栓)的主要作用是通过紧固产生的轴向力连接物件,但在实际作业中是很难直接监视轴向力的。因此,很多人可能都是用扭矩扳手来管理緊固扭矩,以保证轴向力。然而除此之外,还有其他的螺絲(螺栓)緊固管理方法。而且,与使用扭矩扳手进行管理相比,有的方法还能缩小轴向力的偏差。今天来介绍螺絲的緊固管理方法,向大家进行普及。

“彈性區域緊固”和“塑性區域緊固”

在进入正题讲解緊固管理方法之前,首先来讲一讲“彈性區域緊固”和“塑性區域緊固”。

随着拧紧螺絲,施加的轴向力(应力)逐渐变大,在到达屈服点之前,螺絲会与轴向力成正比伸长,去除轴向力后,螺絲伸长的部分就会复原。这个范围叫作彈性區域,这一范围内的紧固叫作“彈性區域紧固”。

而超过屈服点后,如果继续拧紧螺絲施加轴向力,比例关系会消失,相对于轴向力,伸长率会发生激增。倘若达到这样的状态,螺絲就会产生永久伸长率,即使去除轴向力也不会再复原。这个范围叫作塑性區域,这一范围内的紧固叫作“塑性區域紧固”。

“彈性區域紧固”的特点在于螺絲的轴向力偏差较大,但螺絲能重复使用,可以采用扭矩法,使用扭矩扳手进行紧固管理,紧固作业简单。
而“塑性區域紧固”虽然存在螺絲会产生永久伸长率,不能重复使用,而且紧固作业耗时较长等缺点,但与彈性區域紧固相比,可以进行稳定的轴向力管理,因此已应用于发动机组装等用途。

利用“彈性區域緊固”和“塑性區域緊固”的緊固管理方法

那麽,下面就進入正題,開始講解緊固管理方法。
主要的螺栓緊固管理方法包括:
①扭矩法
②扭矩斜率法
③旋轉角度法
等3種。

緊固區域分为前面介绍的“彈性區域緊固”和“塑性區域緊固”。
紧固系数表示在相同条件下紧固螺絲时轴向力的偏差度,数值越大代表偏差越大。因此,查看下表可以发现,正如之前所讲,彈性區域紧固的偏差比较大。

緊固管理方法 緊固管理項目 緊固區域 緊固系數*
扭矩法 緊固扭矩 彈性區域 1.43
旋轉角度法 緊固旋轉角度 彈性區域 1.53
塑性區域 1.2 
扭矩斜率法 緊固扭矩相对于緊固旋轉角度的斜率 彈性區域极限 1.2
*表中數值僅供參考。緊固力的實際偏差會隨不同緊固方法的各個相關因素大幅波動,無法精確指示其範圍。

扭矩法

扭矩法是利用緊固扭矩与紧固轴向力在彈性區域的线性关系的緊固管理方法。在紧固作业时只管理緊固扭矩,用扭矩扳手就能实现,是比较简单的緊固管理方法,已经得到了广泛普及。
然而,緊固扭矩并非全部作为轴向力发挥作用,会被螺纹面和座面的摩擦消耗。因此,即使以相同的扭矩进行紧固,受表面粗糙度和润滑状态等因素的影响,轴向力依然会出现较大的偏差,需要在摩擦特性的管理上加以注意。

一般来说,使用扭矩法紧固螺絲时,发生的轴向力最好在屈服点的60%~70%的弹性领域内。

旋轉角度法

旋轉角度法是使用角度尺(量角器)和电检测器等工具,对螺絲头部和螺母相对于预紧点的緊固旋轉角度进行管理,由此来控制紧固轴向力的方法,既可用于彈性區域紧固,也可用于塑性區域紧固。
顺便一提,预紧点是指施加的緊固扭矩能够使螺纹和座面紧密贴合的点。

但进行彈性區域紧固时,由于轴向力容易随旋转角度大幅波动,还是操作简单的扭矩法更为常用。
而进行塑性區域紧固时,由于旋转角度误差所导致的轴向力变化较小,也可以利用螺栓和螺母的六角形,通过目视的方式进行角度管理。

扭矩斜率法

扭矩斜率法利用了螺絲紧固轴向力超过屈服点后,伸长率相对于轴向力激增的性质。方法是使用电传感器等工具检测緊固扭矩和旋转角度,在电脑上计算出彈性區域和塑性區域的变化点,以彈性區域极限进行紧固。

虽说需要的装置在规模上远超其他方法,但造成偏差的因素只有材料的屈服点,与扭矩法和旋轉角度法相比,轴向力的偏差比较小。因此应用到了汽车发动机和气缸盖的螺栓等对于紧固的可靠性要求较高的用途。


除了以上方法,緊固管理方法还有直接测量并管理螺絲伸长率的伸长率测量法,以及通过高温加热赋予螺絲伸长率,对安装时的温度进行管理的加热法等,有机会再进行介绍。

那麽今天就到這裏了,告辭。



課題、事例 提高生産效率、操作性 機床 半導體生産設備 食品機械 汽車生産工序 醫療機械 FA設備 實用案例集 螺絲秘籍 特殊螺絲