Методи затягування різьбових кріплень

Однією з ключових проблем у болтовому монтажі є досягнення точного попереднього натягу за допомогою відповідних методів затягування. Недостатнє попереднє натягнення, спричинене неточними процесами затягування, є поширеною причиною несправності болтового з’єднання. Розробники повинні бути знайомі з принципами та характеристиками основних методів затягування болтів. У цій статті систематично представлено шість основних методів контролю попереднього натягу болта. Слід зазначити, що певний ступінь розкиду попереднього натягу є неминучим незалежно від обраного методу затягування, що відноситься до нормальних характеристик процесу.

Шість основних методів широко використовуються для контролю попереднього навантаження різьбовихкріплення:затягування з контрольованим крутним моментом, затягування з контрольованим кутом, затягування з контрольованою межею плинності, затягування розтягуванням болта, термічне затягування та затягування з індикацією натягу.

1. Затягування з контрольованим крутним моментом

Затягування з контрольованим крутним моментом є найбільш часто використовуваним методом контролю попереднього натягу в промислових застосуваннях. Номінальний момент затягування, необхідний для монтажу болта, можна отримати зі стандартних таблиць моментів затягування або розрахувати відповідно до співвідношення між моментом затягування та попереднім натягом болта.

Під час затягування хвостовик болта відчуває як осьову напругу розтягування, так і напругу зсуву кручення. Звичайні довідкові таблиці крутного моменту зазвичай ігнорують торсійну напругу та припускають, що 75% загальної напруги сприяє ефективному осьовому натягу. В умовах високого тертя напруга кручення значно зростає. Якщо накласти осьову напругу, еквівалентна напруга може перевищити межу текучості матеріалу та призвести до руйнування болта. Для більш високої точності процес контролюється таким чином, щоб комбіноване еквівалентне напруження досягало приблизно 90% від межі текучості, забезпечуючи безпечне та надійне складання шляхом балансування зв’язку осьових і крутильних напружень.

Самозамикаються кріпильні елементи з домінуючим крутним моментом, наприкладнейлонові контргайки і механічні стопорні гайки широко використовуються в сценаріях, схильних до вібрації, щоб запобігти ослабленню. Ці кріплення значно збільшують напругу кручення в хвостовику болта під час затягування та змінюють ефективність перетворення крутного моменту в попереднє натягування. Тому значення крутного моменту необхідно відповідним чином регулювати під час налаштування параметрів.

Основним обмеженням затягування з регульованим крутним моментом є те, що від 85% до 95% прикладеного крутного моменту витрачається на подолання тертя різьби та поверхні підшипника. Незначні зміни в умовах тертя можуть призвести до значного відхилення попереднього натягу. Застосування стабілізаторів тертя на кріпленнях може зменшити розсіювання тертя та підвищити точність затягування.

Стандартні заходи для підвищення точності моменту затягування підсумовуються таким чином:

1. Уникайте використання простих плоских шайб. Відносне ковзання між шайбами ​​та контактними поверхнями змінює ефективний радіус тертя та спотворює співвідношення крутний момент-попереднє навантаження. Якщо потрібна більша опорна площа для зменшення поверхневого тиску, кращими є фланцеві болти та фланцеві гайки.

2. Визначте момент затягування шляхом фактичного калібрування. Тензодатчики можна прикріпити до хвостовика болта для калібрування затягування на місці за реальних умов складання. Датчики навантаження, встановлені під головками болтів, забезпечують допоміжні вимірювання, але менш точні, ніж тензодатчики, через змінені контактні характеристики.

3. Якщо експериментальне калібрування недоступне, розрахуйте стандартний крутний момент затягування на основі допуску обробки кріплення, розмірів підшипника гайки та характеристик моменту фіксації. Професійна програма розрахунку крутного моменту TORQUE, розроблена компанією Bolt Science, може реалізувати точні розрахунки.

4. Вкажіть значення моменту затягування на складальних кресленнях із стандартним допуском ±5%. Для критичних з’єднань використовуйте відкалібровані динамометричні ключі та перевіряйте момент затягування після складання.

Різні методи затягування призводять до чітких рівнів дисперсії попереднього натягу, серед яких чистий контроль крутного моменту представляє відносно велике відхилення.

2. Затягування під кутом

Затягування з контрольованим кутом, також відоме як метод обертання гайки, було впроваджено невдовзі після Другої світової війни для ручного складання та тепер сумісно з обладнанням для силового затягування. Процес спочатку затягує болт до посадочного моменту, а потім повертає гайку на заданий кут, щоб привести болт до часткової пластичної деформації. Цей метод ефективно зменшує коливання попереднього натягу, спричинені допустимою межею текучості, і забезпечує кращу постійність попереднього натягу, ніж чисте затягування моментом.

Основні недоліки включають вимогу експериментального калібрування кутів затягування (немає універсальних застосовних параметрів) і обмежену можливість повторного використання. Повторне затягування після пластичної деформації легко викликає втомне руйнування кріплень.

3. Контрольована межа текучості затягування

Цей метод, розроблений компанією SPS і також відомий як метод спільного контролю, забезпечує одну з найвищих точок попереднього натягу. Це мінімізує вплив зміни коефіцієнта тертя та забезпечує стабільне попереднє натяг болта.

Отриманий на основі ручної оцінки відчуття затягування, цей метод використовує високоточну електронну систему керування для збору даних про крутний момент і кут обертання в реальному часі. Відстежуючи зміну нахилу градієнта крутного моменту, система точно визначає межу текучості болта та негайно припиняє затягування, щоб уникнути перевантаження.

Незважаючи на покращену стабільність, все ще існує незначний розкид попереднього натягу через тертя різьби. Більше тертя різьблення збільшує напругу кручення та зменшує осьове попереднє натягування за того самого порогу текучості. Цей метод точно визначає податливість болта під дією спільного натягу та кручення.

Контрольована межа текучості затягування широко використовується для критичних компонентів, таких якболти головки блоку циліндрів і шатунних болтів, що забезпечує стабільне високе попереднє навантаження та дозволяє оптимізувати розміри болтів. Однак висока вартість спеціальних інтелектуальних інструментів для затягування обмежує широке застосування. Надійне високоточне попереднє натяг не може бути гарантоване під час технічного обслуговування в польових умовах без відповідного професійного обладнання.

4. Розтягування болта Затягування

Болти великого діаметру вимагають надзвичайно високого моменту затягування, що є складним для звичайних інструментів. Для болтів діаметром понад 20 мм зазвичай використовують гідравлічне розтягування для заміни гідравлічних динамометричних ключів, уникаючи надмірної сили реакції крутного моменту та обмеженого робочого простору.

Принцип роботи: спеціальний гідравлічний циліндр встановлений на гайці. Болт або різьба шпильки повністю простягається крізь гайку та з’єднується з розтягуючим пристосуванням. Гідравлічний тиск розтягує болт в осьовому напрямку, створюючи пружне подовження. Підтримуючи розтягуюче навантаження, гайка обертається вручну та фіксується на місці за допомогою головки та крутного стрижня.

Цей метод забезпечує надзвичайно високу точність попереднього натягу завдяки точному контролю гідравлічного тиску. Однак незначна втрата попереднього натягу виникає після скидання тиску через пружний відскок. Демонтаж корозійних або застряглих гайок залишається головною проблемою в експлуатації.

5. Термозатягування

Термічне затягування використовує характеристики теплового розширення металу. Болт нагрівається і подовжується, а гайка повертається і позиціонується. Під час охолодження болт намагається стиснутися, але поздовжньо стримується затиснутими компонентами, створюючи стабільне осьове попереднє навантаження.

Загальні методи нагрівання включають нагрівання прямим полум'ям, змійовики нагрівальної сорочки та вуглецеві нагрівальні елементи. Процес займає багато часу, і точне вимірювання деформації вимагає повного охолодження до температури навколишнього середовища, що призводить до низької ефективності. Він рідко використовується в загальних галузях промисловості та застосовний лише для надвеликих болтів для важких умов.

6. Затягування з індикацією натягу

У цьому методі застосовуються спеціальні кріпильні елементи, що вказують навантаження, шайби, що вказують навантаження, або методи виявлення деформації для непрямого вимірювання подовження болта та попереднього натягу, охоплюючи різноманітні високоточні рішення для складання.

Типові болти з індикатором натягу включають Rotabolt і HiBolt. Rotabolt має центральний просвердлений отвір із внутрішнім вимірювальним штифтом і поворотну структуру зазору. Під час пружного розтягування штифт залишається ненавантаженим; після досягнення повного попереднього натягу зазор зникає, а обертання фіксується, що вказує на правильне затягування. HiBolt використовує подібний принцип, у якому незначна усадка болта затискає центральний штифт, щоб відобразити стан натягу.

Шайби, що вказують навантаження, широко використовуються в металоконструкціях цивільного будівництва. Збірні виступи на поверхні шайби піддаються пластичній деформації під навантаженням. Правильний попередній натяг перевіряється шляхом вимірювання залишкового зазору щупом. Цей тип шайби рідко використовується в точному механічному складанні.

Подовження болта можна безпосередньо виміряти за допомогою мікрометрів або точно визначити за допомогою ультразвукового тестування. Значення подовження можна конвертувати в реальний часболтпопереднє навантаження шляхом калібрування або розрахунку. Для ультразвукового вимірювання головка болта та торцева поверхня потребують шліфування для забезпечення оптимального акустичного відбиття та точності тестування.