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拧螺丝原来是个技术活—螺栓的拧紧与控制技术详解伺服电动系统内置了转矩、位置、速度三环控制,因其高转速、高扭矩、高精度而广泛应用于工控设备的传动、控制领域。
一、拧紧的基本概念1. 拧紧的基本要求有三点:1)连接件紧密贴合;2)能承受一定的动载荷;3)有足够的夹(压)紧力。
2. 拧紧过程的主要变量2.1扭矩(T):所施加的拧紧动力矩,单位牛米(Nm);2.2夹紧力(F):连接体间的实际轴向夹(压)紧大小,单位牛(N);2.3摩擦系数(U):螺栓头、螺纹副中等所消耗的扭矩系数;2.4转角(A):基于一定的扭矩作用下,使螺栓再产生一定的轴向伸长量或连接件被压缩而需要转过的螺纹角度。
3. 螺栓的主要参数3.1标准扭矩:对应于不同型号、不同规格、不同材质的标准螺栓,其标定条件下拧紧需要的扭矩大小,单位牛米(Nm);3.2预紧力:螺栓拧紧时所需要的轴向拉应力,单位牛(N);3.3屈服强度:或屈服应力,使螺栓开始产生塑性变形的拉应力大小,单位N/mm²;3.4抗拉强度:或抗拉应力,使螺栓拧紧失效甚至断裂的最小拉应力,单位N/mm²。
二、拧紧过程分析1、541规则参见图A:通常情况下,在螺栓的拧紧过程中,实际转化为螺栓夹紧力的扭矩仅占10%,其余50%用于克服螺栓头下的摩擦力,40%用于克服螺纹副中的摩擦力,这就是“541”规则,主要反映夹紧力与摩擦力之间的关系。
但若施加一定的改善措施(如涂抹润滑油)或螺纹副中存有缺陷(如杂质、磕碰等),该比例关系会受到不同影响而改变。
图A、541规则2、螺栓连接件的特性图B:螺栓连接件特性3、螺栓拧紧的影响因素根据541规则,螺栓是否真的被拧紧(或是否达到螺栓的预紧力),主要取决于螺栓与连接件之间的摩擦系数的变化,那么,能引起摩擦系数变化的可能性因素有哪些呢?1)螺栓头表面:含镀层、涂层等,是否光洁、平整?有无凸凹缺陷?有无锈蚀破损?等;2)螺纹副中:有无杂质、磕碰?螺纹工艺等级?等;3)连接方式:分为硬连接和软连接两种方式,比如垫圈、垫片的应用等;4)材料特性:主要与材料的硬度或刚性相关,也可广义地区分为硬连接和软连接方式;5)改善措施:比如涂抹润滑油、或对螺栓表面进行特殊处理等。
螺栓拧紧技术一、本文的目的螺栓连接的目的是使连接件之间产生适当的压紧力。
压紧力使连接件实现设计的连接。
但压紧力不容易直接检测到，在实际使用中，通常通过扭矩的控制与测量来实现。
螺栓连接要正确使用，首先需要设计者计算压紧力、计算强度、选择尺寸以及使用多大的力矩来拧紧。
这些只是工作的初步完成。
还需要在车间里使用适当的工具将螺栓拧紧到一定的程度，来产生所需的压紧力。
而如何选择适当的工具和拧紧方法，这就是本文的目的。
二、拧紧控制原理电机电缆切断信号合格/不合格指示灯电机控制减速齿轮传感器电缆系统传感器扭矩/角度信号输出轴三、拧紧过程的一些基本概念3.1拧紧过程当螺纹连接被拧紧时，由于螺纹的几何形变，使螺栓受拉，被连接件受压。
如下图所示（压紧力与螺栓角位移之间的关系）。
螺栓（或螺母）到达配合面后，拧紧过程真正开始。
初始阶段，由于螺牙的误差及微观表面不平，曲线不呈线性。
这段非曲线之后，压紧力的上升与转角一般呈线性状态，一直到达到材料的屈服极限为止。
然后螺栓开始塑性变形，压紧力增加很少。
如继续拧紧，螺栓被拉长变细，最终断裂。
3.2 硬性连接与软性连接螺纹连接可以为硬性连接与软性连接，或者介于二者之间。
硬性连接一般指材料刚性大、螺栓短的连接。
如发动机上飞轮与曲轴的连接。
软性连接通常在连接刚性小、连接件之间有橡胶、弹垫等。
软性连接有一定的柔性。
对硬性连接，螺母到达配合面后，只需很小的转动角度就可达到预定的力矩，并获得压紧力；而软性连接则相反，需要转动大的角度。
3.3 力矩的分配拧紧力矩需要产生压紧力，同时克服螺栓头与连接件接触面上的摩擦力以及螺纹牙间的摩擦力。
10%转化为压紧力50% 40%螺栓头与连接件螺纹牙间的摩擦力接触面上的摩擦力它们之间的关系如下：T=F(0.161p+0.583d2*U1+0.5D k* U2)T --- 力矩F --- 压紧力P --- 螺距d2 --- 螺钉或螺母的中经U1--- 螺牙间接触面的摩擦系数U2 --- 螺栓头或螺母与被连接件接触面的摩擦系数D k --- 螺栓头或螺母与被连接件接触面的直径3.4 螺栓中的应力如果可以提高螺栓中的应力，那么螺栓的数量就可以减少或尺寸可以减少。
螺纹拧紧技术
螺纹拧紧技术是一种用于增强联接刚性、增加紧密性和提高防松
能力的技术。
其目的是为了提高整个产品的质量、安全性能和有效性。
对于受轴向拉力的螺栓联接，还可以提高螺栓的疲劳强度；对于受横
向载荷的普通螺栓联接，有利于增大联接中接合面间的摩擦力。
拧紧螺母时，加在扳手上的力矩T用来克服螺纹牙间的阻力矩T1
和螺母支承面上的摩擦阻力矩T2，即T=T1+T2。
对于M10〜M68的
粗牙螺纹，若取卩=0.15及卩'=0.15，则式（4）可简化为T~0.2F'd Nmm，其中d为螺纹公称直径，F'为预紧力。
控制拧紧力矩的方法包
括使用测力矩扳手或定力矩扳手，装配时测量螺栓的伸长，规定拧紧
后的扳动角度或圈数，对于大型联接，还可利用液力或加热使螺栓伸
长到需要的变形量时把螺母拧到与被联接件相贴合，近年来还发展了
利用微机通过轴力传感器获取数据并画出预紧力与所加拧紧力矩对应
曲线的方法来控制拧紧力矩。
