Методи за затягане на крепежни елементи с резба

Едно от ключовите предизвикателства при монтажа с болтове е постигането на точно предварително натоварване чрез подходящи методи за затягане. Недостатъчното предварително натоварване, причинено от неточни процеси на затягане, е честа причина за повреда на болтовата връзка. Проектантите трябва да са запознати с принципите и характеристиките на основните техники за затягане на болтове. Тази статия въвежда систематично шест основни метода за контрол на предварителното натоварване на болта. Трябва да се отбележи, че известна степен на разсейване на предварителното натоварване е неизбежна, независимо от възприетия метод на затягане, който принадлежи към нормалните характеристики на процеса.

Шест основни метода се използват широко за контрол на предварителното натоварване на резбованикрепежни елементи:затягане с контролиран въртящ момент, затягане с контролиран ъгъл, затягане с контролирана точка на провлачване, затягане с разтягане на болта, термично затягане и затягане, показващо опън.

1. Затягане с контролиран въртящ момент

Затягането с контролиран въртящ момент е най-често използваният метод за контрол на предварително натоварване в индустриални приложения. Номиналният въртящ момент на затягане, необходим за сглобяването на болта, може да бъде получен от стандартните таблици на въртящия момент или изчислен според съотношението между въртящия момент на затягане и предварителното натоварване на болта.

По време на затягане стеблото на болта понася както аксиално напрежение на опън, така и напрежение на усукване на срязване. Конвенционалните референтни таблици за въртящ момент обикновено пренебрегват напрежението на усукване и приемат, че 75% от общото напрежение допринася за ефективното аксиално напрежение. При условия на високо триене напрежението при усукване се увеличава значително. Когато се насложи с аксиално напрежение, еквивалентното напрежение може да надвиши границата на провлачване на материала и да доведе до повреда на болта. За по-висока точност, процесът се контролира така, че комбинираното еквивалентно напрежение достига приблизително 90% от границата на провлачване, осигурявайки безопасно и надеждно сглобяване чрез балансиране на аксиалното и торсионното напрежение.

Самозаключващи се крепежни елементи с преобладаващ въртящ момент, като напрнайлонови контрагайки и механичните контрагайки се използват широко в сценарии, податливи на вибрации, за предотвратяване на разхлабване. Тези крепежни елементи значително увеличават напрежението на усукване в стеблото на болта по време на затягане и променят ефективността на преобразуване на въртящия момент в предварително натоварване. Следователно стойностите на въртящия момент трябва да се регулират съответно по време на настройката на параметрите.

Основното ограничение на затягането с контролиран въртящ момент е, че 85% до 95% от приложения въртящ момент се изразходва за преодоляване на триенето на резбата и повърхността на лагера. Малките вариации в условията на триене могат да доведат до значително отклонение на предварителното натоварване. Прилагането на стабилизатори на триене върху крепежни елементи може да намали дисперсията на триене и да подобри точността на затягане.

Стандартните мерки за подобряване на точността на въртящия момент на затягане са обобщени, както следва:

1. Избягвайте използването на обикновени плоски шайби. Относителното приплъзване между шайбите и контактните повърхности променя ефективния радиус на триене и изкривява връзката въртящ момент-предварително натоварване. Ако е необходима по-голяма площ на лагера, за да се намали повърхностното налягане, предпочитат се фланцови болтове и фланцови гайки.

2. Определете въртящия момент на затягане чрез действително калибриране. Тензометри могат да бъдат прикрепени към стеблото на болта за калибриране на затягане на място при реални условия на сглобяване. Датчиците за натоварване, инсталирани под главите на болтовете, осигуряват спомагателно измерване, но са по-малко точни от тензодатчиците поради променени контактни характеристики.

3. Когато експерименталното калибриране не е налично, изчислете изчерпателно стандартния въртящ момент на затягане въз основа на толеранса на машинна обработка на крепежните елементи, размерите на лагера на гайката и характеристиките на въртящия момент на заключване. Професионалната програма за изчисляване на въртящия момент TORQUE, разработена от Bolt Science, може да реализира точно изчисление.

4. Посочете стойностите на момента на затягане на монтажните чертежи със стандартен толеранс от ±5%. За критични съединения използвайте калибрирани динамометрични ключове и извършете проверка на въртящия момент след сглобяването.

Различните методи на затягане водят до различни нива на дисперсия на предварително натоварване, сред които чистото управление на въртящия момент представлява относително голямо отклонение.

2. Затягане с контролиран ъгъл

Затягането с контролиран ъгъл, известно още като метод на въртене на гайката, беше въведено малко след Втората световна война за ръчно сглобяване и сега е съвместимо с оборудване за силово затягане. Процесът първо затяга болта до фиксиращ момент и след това завърта гайката на предварително определен ъгъл, за да доведе болта до частична пластична деформация. Този метод ефективно намалява флуктуацията на предварителното натоварване, причинено от толеранса на границата на провлачване, и осигурява по-добра последователност на предварителното натоварване, отколкото чистото затягане с въртящ момент.

Основните недостатъци включват изискването за експериментално калибриране на ъглите на затягане (няма универсално приложими параметри) и ограничената повторна употреба. Повтарящото се затягане след пластична деформация лесно причинява повреда от умора на крепежните елементи.

3. Контролирано затягане на границата на провлачване

Разработена от SPS и известна още като метод за съвместен контрол, тази техника осигурява една от най-високите точности на предварително натоварване. Той минимизира влиянието на вариацията на коефициента на триене и постига изключително постоянно предварително натоварване на болта.

Произведен от ръчната преценка на усещането за затягане, този метод използва високопрецизна електронна система за управление за събиране на данни за въртящия момент и ъгъла на въртене в реално време. Чрез наблюдение на промяната на наклона на градиента на въртящия момент, системата точно идентифицира точката на провлачване на болта и незабавно прекратява затягането, за да избегне претоварване.

Въпреки подобрената стабилност все още съществува незначително разсейване на предварителното натоварване поради триенето на резбата. По-високото триене на резбата увеличава напрежението при усукване и намалява аксиалното предварително натоварване при същия праг на провлачване. Този метод открива прецизно протягането на болта под комбинирания ефект на опън и усукване.

Контролираното затягане на границата на провлачване се използва широко за критични компоненти, като напрболтове на цилиндровата глава и болтове на свързващи пръти, осигуряващи стабилно високо предварително натоварване и позволяващи оптимизирано оразмеряване на болтовете. Високата цена на специалните интелигентни инструменти за затягане обаче ограничава широкото им приложение. Надеждно високопрецизно предварително натоварване не може да бъде гарантирано при поддръжка на място без подходящо професионално оборудване.

4. Разтягане на болта Затягане

Болтовете с голям диаметър изискват изключително висок момент на затягане, което е трудно за конвенционалните инструменти. За болтове с диаметър над 20 mm обикновено се приема хидравлично разтягане за замяна на хидравличните динамометрични ключове, като се избягва прекомерната сила на реакция на въртящия момент и ограниченото работно пространство.

Принцип на работа: Върху гайката е монтиран специален хидравличен цилиндър. Болтът или резбата на шпилката се простират напълно през гайката и се свързват с разтягащото приспособление. Хидравличното налягане разтяга болта аксиално, за да се получи еластично удължение. Докато се поддържа натоварването на разтягане, гайката се завърта ръчно и се заключва на място с помощта на гнездо и въртяща щанга.

Този метод осигурява изключително висока точност на предварително натоварване чрез прецизен контрол на хидравличното налягане. Въпреки това, незначителна загуба на предварително натоварване възниква след освобождаване на налягането поради еластичен отскок. Демонтирането на корозирали или заклещени гайки остава основна оперативна трудност.

5. Термично затягане

Термичното затягане използва характеристиките на термично разширение на метала. Болтът се нагрява и удължава, а гайката се завърта и позиционира. По време на охлаждане болтът се опитва да се свие, но е ограничен надлъжно от захванатите компоненти, генерирайки стабилно аксиално предварително натоварване.

Обичайните методи за нагряване включват директно нагряване с пламък, бобини с нагревателна риза и въглеродни устойчиви нагревателни елементи. Процесът отнема много време и прецизното измерване на напрежението изисква пълно охлаждане до температурата на околната среда, което води до ниска ефективност. Рядко се използва в общите индустрии и е приложим само за ултра големи болтове за тежък режим.

6. Затягане с индикация за напрежение

Този метод използва специализирани крепежни елементи, показващи натоварването, шайби, показващи натоварването, или техники за откриване на деформация за индиректно измерване на удължението и предварителното натоварване на болта, покривайки различни решения за сглобяване с висока точност.

Типичните болтове за индикация на опън включват Rotabolt и HiBolt. Rotabolt разполага с централен пробит отвор с вътрешен измервателен щифт и въртяща се хлабина. Щифтът остава ненатоварен по време на еластично разтягане; след като се постигне пълно предварително натоварване, хлабината изчезва и въртенето се блокира, което показва правилното затягане. HiBolt възприема подобен принцип, при който леко свиване на болта затяга централния щифт, за да отрази състоянието на опън.

Шайбите, показващи натоварването, се използват широко в строителните стоманени конструкции. Предварително изработените издатини на повърхността на шайбата претърпяват пластична деформация при натоварване. Правилното предварително натоварване се проверява чрез измерване на остатъчната междина с щуп. Този тип шайба рядко се използва при прецизен механичен монтаж.

Удължението на болта може да бъде директно измерено с помощта на микрометри или прецизно установено чрез ултразвуково изследване. Стойностите на удължението могат да се конвертират в реално времеболтпредварително натоварване чрез калибриране или изчисление. За ултразвуково измерване главата на болта и крайната повърхност изискват шлифоване, за да се осигури оптимално акустично отражение и точност на тестване.