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    兼听则明,拧螺栓还是拧螺母,听听国外专家的说法

    兼听则明,拧螺栓还是拧螺母,听听国外专家的说法

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    引言:

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    上次笔者文章《别再纠结了,到底是拧螺栓还是拧螺母》介绍了拧螺栓还是拧螺母的问题,得到了很多同行的交流,探讨和留言。本次继续根据国外专家(摘自英国知名紧固件服务提供商的论文观点)对这个问题的观点分享给大家。
     
     
    希望通过这两篇文章的介绍,对于拧螺栓还是拧螺母的问题,能够回答了大家关注的问题,并得到了更加相对满意完全的答复。
     
     
    以下为国外专家观点:
     
     
    这个问题经常被问到是应该拧紧螺母还是螺栓头。答案取决于采用哪种拧紧工艺。对于扭矩控制的拧紧,无论是拧紧螺母并固定螺栓头,还是拧紧螺栓头并固定螺母,都非常重要。
     
     
    拧紧过程的总目标是获得一致的螺栓预紧力。在拧紧过程中控制扭矩,并完成后续检查,以确保达到规定的扭矩,是实现此目标的常见方法。
     
     
    当在拧紧期间测量施加的扭矩和螺栓中产生的张力(预紧力)并绘制在图表上时,扭矩和张力之间存在线性关系,如图1。

    螺栓张力与施加的扭矩成正比。这一点可以用图表来说明,图表是基于实验结果的,如上图所示。根据这些试验结果,可以确定所需螺栓预紧力的适当扭矩。
     
     

    图1
     
     
    使用扭矩控制的一个缺点是,对于给定的扭矩值,螺栓预紧力可能会有显著的变化。产生这种现象的原因有很多,例如扭矩的施加不准确,螺纹的尺寸变化,以及其它一些孔的尺寸变化。然而,主要因素通常是由于被旋转的接触面之间的摩擦变化。
     
     
    从试验可知,约50%的拧紧力矩在克服螺栓头或螺母面(以旋转面为准)下的摩擦时消散。通常只有总扭矩的10%到15%用于拧紧螺栓,其余部分用于克服螺纹和正在旋转的接触面(螺母面或螺栓头)上的摩擦,如图2饼图所示。

    相对较小的螺母表面摩擦变化可对螺栓预紧力产生显著影响。由于克服摩擦可能需要更多的扭矩,因此螺栓伸长所需的扭矩更少,因此会对预紧力产生不利影响。如果螺母表面下的摩擦力减小,那么,对于给定的扭矩,螺栓预紧力将增加。
     
     

    图2
     
     
    如图3所示的示意图可能是最常见的情况,即接头的上下板由相同的材料制成,具有相同的光洁度,并且通过两个板的孔尺寸相同。对于此类接头,当螺母面和螺栓头尺寸具有相同的直径和光洁度时,是否拧紧螺栓头或螺母将无关紧要。
     

    图3


    有些人认为拧紧螺栓头而不是螺母会影响螺栓杆的扭转。螺栓杆的扭矩取决于螺纹摩擦扭矩。对于给定的光洁度条件,螺纹摩擦有一些分散性,但不取决于螺母或螺栓头是否拧紧。如果螺纹摩擦扭矩保持不变,则杆中的扭矩将相同,无论拧紧螺栓头或螺母。
     
     
    这些拧紧试验都是可以通过ZMART拧紧试验机来进行模拟装配试验,得出试验结果,从结果中就能够分析出来,为什么拧螺栓还是拧螺母的结果可能不一致的问题。
     

    Zmart模拟装配试验系统
     
    该设备可以通过更换不同的拧紧头(传感器)来拧紧不同规格大小的螺栓,得到较精确的数据?;箍梢酝ü侄髡芭渑〗羧我夥较虻慕油?,同时,带有气动装置,调整位置时候不需用很大的力气即可轻松的完成。
     
     
    该设备可以与超声波轴力测试设备一起配合使用,能够输出扭矩角度和轴力角度曲线,对于制定拧紧工艺和类似本文拧螺栓还是拧螺母差异的分析就能够更加突出。
     
     
    同时,由于ZMART摩擦系数试验机基本上各家主要紧固件厂都采购过该设备,这种测试试验也可以通过改造设计一些工装在摩擦系数试验机上进行,甚至还能够得到拧螺栓拧螺母时候的螺栓夹紧力,更加直观的分析拧螺栓和拧螺母,在不同情况下的轴力试验结果的差异。
     
     
    图2中的饼图也可以在摩擦系数试验机测试结果中通过螺纹、端面和产生轴力的扭矩数值来绘制出来。同一个螺栓与不同的材料的垫圈接触,得出的试验结果也会有所不同。这个实测结果会对设计螺栓的扭矩有指导作用。
     
     
    图4的示意图显示了组成接头的板材为不同材料(例如一种为钢,另一种为铝)或具有不同饰面(例如一块板材镀锌,另一块涂漆)的情况。
     

    图4
     
    在这种情况下,一般来说,螺栓头或螺母是否拧紧是很重要的。原因是每个面都有不同的摩擦系数。如果拧紧力矩是通过测试或通过查看表面的摩擦特性(例如基于螺母表面)来确定的,则头表面可能具有不同的摩擦系数。当螺栓被拧紧时候,如果存在较低的摩擦系数,预紧力会增加。极端情况下,如果摩擦系数差异较大,可能会被拉断。
     
     
    图5的示意图说明了当顶板上的间隙孔与底板上的间隙孔不同时的情况。这种情况比较常见。旋转零件(螺母或螺栓头)上有一个有效的摩擦半径,通常取间隙孔和外轴承面半径的平均值。

    由于在所示情况下,螺栓头的半径比螺母的半径大,因此拧紧螺栓头而不是螺母会导致螺栓预紧力减小,其他因素(如摩擦)相同。因此,这是拧紧螺母或螺栓头情况的另一个例子。
     
     

    图5
     
     
    当螺栓头和螺母之间存在样式和尺寸差异时,如图6示意图。其效果与前一种情况类似。螺栓头和螺母垫圈接口之间的摩擦半径差异导致预紧力受拧紧项目的影响。

    在这里所示的情况下,当螺母紧固在垫圈上时,摩擦系数与螺栓头紧固在接头上时,摩擦系数可能也存在差异。这将进一步增加可变性。
     
     

    图6
     
     
    除了减少接合面上轴承应力的常见原因外,垫圈偶尔也被用作减小摩擦分散的一种方法。垫圈和螺母表面之间的摩擦条件可以合理地定义和控制,比通常的接合面更能确定和控制。
     
     
    通过控制摩擦力,可以更可靠地实现预加载。为此,需要在垫圈的内径上紧密配合。实现这一点的一种方法是使用SEMS装置(其中垫圈固定在螺栓杆上)。同样的方法也可以通过使用KEPS装置(将垫圈固定在螺母上)来实现。
     
     
    所以一般来说,当使用扭矩控制时,通过旋转螺栓头或螺母来拧紧螺栓可能会有差异。最好指定哪一部分应拧紧,以使螺栓预紧力变化影响最小化。
     
     
    译者有话说:
     
     
    由此可见拧紧哪一端是有影响最终的预紧力的,所以在拧紧扭矩开发的时候能够确定拧紧哪一端,在最终产线上就要拧紧哪一端,不要随意更改。
     
     
    拧螺栓和拧螺母对最终结果的差异主要是端面摩擦半径、端面与不同材料接触时候的摩擦系数、螺栓头或螺母下形位公差(角度)、拧紧时候螺栓头和螺母变形等存在差异。
     
     
    但是在扭矩开发时候原则上拧紧哪一端对结果都是一样的。这一点跟我们前面分析的一篇文章观点是一致的。两篇文章从两个侧面分析了拧螺栓还是拧螺母的问题,原则上没有特别规定是必须拧螺栓还是必须拧螺母,关键是要确定拧紧工艺开发时候是拧的哪一端,量产时候就拧紧哪一端就可以。
     
     
    由此可见,对于拧螺栓还是拧螺母别再纠结了,拧螺栓还是拧螺母,在开发拧紧工艺的时候,可使用zmart模拟装配试验机来进行完整的试验,确保量产拧紧和工艺开发时候一致。

     
    500Nm 模拟装配试验系统
     
     
     
     

    应用范围
    模拟装配系统可用于研究在实际装配条件下, 紧固件的实际装配性能。 
     
     
     
    系统结构
    所得到的试验结果必须没有任何"伪证据”——特别的:如果所需试验部件上的紧固件,其位置就是实际安装位,这种试验具有想当的挑战性。

    如:汽车底盘或汽车发动机部件,为了使这些部件试验位置与实际状况相同,试验系统不但需要具备高刚度性能,而且必须提供试验方法所描述的柔性试验性能。即:
    自适应试验系统能够对分布在各个位置的螺栓进行试验;试样不动,自适应试验系统的测量臂能应用自如地到达各个测量点。 
      

    为了达到可以在实验室真实模拟现场的各种装配情况,该系统配备的柔性臂可以通过电气控制单元,轻松调整各种位置角度并锁紧。

    柔性臂下的精密齿轮箱亦可通过手动调节,来控制拧紧轴的位置和方向。拧紧轴固定装置可以快速切换不同的拧紧轴,方便在试验过程中,挑选合适的、能够模拟现场的拧紧工具。

    拧紧轴内部配备扭矩/角度传感器的快速更换装置,用于在试验中选择合适范围的传感器,已控制试验精度。
       
    关键数据:
    ●标准扭矩范围,最大至1,000 Nm
     
    ●可测试实际零部件
    ●柔性设计,可以快速进行各种方向的拧紧
     
    ●不同拧紧轴可以快速切换  
     
     
     
    选项:
    ●通过工装,可以进行摩擦系数测试
     
    ●可连接横向振动试验台,作为拧紧驱动装置
     
    ●可连接超声波装置,在拧紧过程中,直接测得轴向预紧力
     
     
    欲了解更多设备信息,请联系兹懋:
    021-20832512
    info@zmart-china.com

     

     

     

     

    关于兹懋 (原兹韦克中国的紧固技术业务单元)

          作为德国领先紧固技术在中国的代言人,旨在通过引进最先进的紧固技术助推中国先进制造业的发展。兹懋是来自德国的Kistler Remscheid (原Schatz)、ECM Datensysteme、AFS先进连接技术研究所驻中国的全权代表机构。提供源自德国的螺纹紧固连接检测、校准、分析的仪器设备,以及紧固连接全寿命周期的解决方案,并定期举办专业的紧固培训研讨会,深受业内好评。

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