螺栓怎么才算拧紧了

本质安全,源于细节

系于责任,重在落实

一颗不合格的螺栓,当场头破血流,看的心惊胆战!

来看5分钟短视频《螺思》

中海石油上海分公司出品

更多好视频请关注

微电影《螺思》,只有短短的五分钟,但足以震撼每个人的心灵。影片前半段讲述了一颗不合格的螺丝,经一系列毫不起眼的细节失误引发了一连串的不安全行为,导致了一个生命的陨落,一个幸福家庭的破灭。影片后半段则以“时间可以倒流”为假设前提,逐一弥补了每个细节失误,最终还原了生命的美丽,引人感慨。

都说千里之堤,溃于蚁穴,别看螺钉个头小(相对所在设备而言),真发起火来脾气可不小,轻则导致意外停机,降低生产效率,重则酿成大祸,造成巨大损失。

螺栓怎么样算拧紧了?其实,是有严格的操作手册指导完成的,施加多大的扭矩都有明确规范。我们今天先从拧紧过程的扭矩和受力来分析。

拧紧过程的简要分析

541规则(即50%、40%、10%)
      参见下图: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。

螺栓连接件特性

拧紧过程的主要变量

1. 扭矩(T):所施加的拧紧动力矩,单位牛米(Nm);
2. 夹紧力(F):连接体间的实际轴向夹(压)紧大小,单位牛(N);
3. 摩擦系数(U):螺栓头、螺纹副中等所消耗的扭矩系数;
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。

螺栓拧紧的控制方法

1. 扭矩控制法
定义:当拧紧扭矩达到某一设定的控制扭矩时,立即停止拧紧的控制方法。

优点:控制系统简单、直接,易于用扭矩传感器或高精度扭矩扳手来检查拧紧的质量。

缺点:控制精度不高(预紧力误差±25%左右),也不能充分利用材料的潜力。

2. 扭矩-转角控制法

定义:先把螺栓拧到一个不大的扭矩后,再从此点开始,拧一个规定的转角的控制方法。

优点:螺栓轴向预紧力精度较高(±15%),可以获得较大的轴向预紧力,且数值可集中分布在平均值附近。

缺点:控制系统较复杂,要测量扭矩和转角两个参数;且质检部门也不易找出适当    的方法对拧紧结果进行检查。

3. 屈服点控制法

定义:把螺栓拧紧到屈服点后,停止拧紧的一种方法。

优点:拧紧精度非常高,预紧力误差可以控制在±8%以内;但其精度主要取决于螺栓本身的屈服强度。

缺点:拧紧过程需要对扭矩和转角曲线的斜率进行动态的、连续的计算和判断,控制系统的实时性、运算速度等都有较高的要求。

基本拧紧技术
拧紧中的扭矩分配

拧紧一颗螺栓,需要施加一定扭矩旋转一定角度后才可以完成,这部分的扭矩+角度所做功最终转为三个部分:

1. 螺栓头下摩擦力消耗

2. 螺纹副摩擦力消耗

3. 产生预紧力

这个也可以根据以下公式得出:

Fm= T/ (0.16P + (μg * 0.58 * d2) + ((Dkm/2) * μk))
其中:
Fm = 夹紧力
P = 螺距
μg = 螺纹副摩擦系数
d2 = 螺栓直径
Dkm = 螺栓头表面尺寸 ,Dkm = (dw + dh)/2
μk = 螺栓头表面摩擦系数
一般而言,这三者的比例在10%,40%以及50%,这部分能量的消耗很容易直观的体会到:10%的夹紧力做功体现在螺栓的被拉伸,40%和50%体现了螺纹副以及螺栓头下拧紧后摩擦力导致的发热。

螺栓的初始设计是按照如上图的比例来分配三者关系的,如果实际的过程中改变了三者的比例关系,会出现扭矩“合格”,夹紧力不合格的情况。

典型情况1:

螺纹副被额外润滑

此时螺纹副摩擦系数降低,摩擦力矩变小,施加的扭矩“转移”给夹紧力,后果有可能是:螺栓拉断或者工件变形。

典型情况2:

螺栓生锈或者螺纹副有油漆

此时螺纹副摩擦系数增加,有可能扭矩合格后夹紧力不足。

其它改变摩擦系数的常见情况有:

涂层材料改变,涂层厚度变化,螺栓/螺钉公差,与螺帽旋转接触面摩擦系数,工具转速,垫片增加/减少等。

拧紧技术中的螺栓螺母知识
螺栓拧紧是装配环节的重要环节,螺栓/螺母在产品寿命周期内必须稳定连接,否则有可能造成严重的质量事故,因为螺栓/螺母失效而导致的安全事故时有发生。

螺栓/螺母的失效方式有以下几种:

1. 强度不足

螺栓常见强度等级如下,如果螺栓制造商供应的螺栓不能满足对应的强度要求,螺栓连接的安全性也无法得到保障。

2. 螺纹副强度不足

按照ISO898要求,与螺栓配合的螺纹副/螺母强度要与螺栓本身强度相匹配,比如螺栓强度为10.9的螺栓,应采用强度为10的螺母。

3. 螺纹副高度

同样根据ISO 898要求,螺母或者有效螺纹连接高度一般大于公称直径D的0.8以上,比如M10的螺栓与之匹配的螺母高度不得低于8mm。

螺栓/螺母机械强度测试

螺栓/螺母机械强度的测试方法很多,比较权威的方法是依据ISO 898-1以及ISO 898-2,对于螺栓的机械抗拉强度测试方法如下:固定螺栓两端,通过万能材料试验机产生轴向拉力,通过轴向拉力/轴向拉伸量获得螺栓的机械性能指标。

轴向拉力/轴向拉伸量:

螺母/螺纹副的机械强度测试,如下图示意:

1. 实验载荷一般在抗拉强度的88%~94%之间;

2. 持续载荷15s;

3. 需确保螺杆没有永久变形;

4. 15s后手动可以将螺纹旋出,则表示螺母/螺纹副强度合格。

小贴士:

螺栓/螺母的失效形式有:

滑牙、疲劳失效、涂层失效、螺纹副脱落、电化学腐蚀、拉断、剪断、过度衰减等。

好资料免费领

长按下码,关注化工设备人

【我有什么】中的子菜单【免费资料】进行了解

点击图片可看目录

(0)

相关推荐

  • 专栏:扭矩开发测试及试验分析--锁紧螺母扭矩应该如何设计?

    GUIDE 导读 有效力矩型锁紧螺母(Prevailing Torque Nuts,简称"锁紧螺母")由于具有止动可靠性强.成本相对低等优点,在多种机械联接中应用广泛.   但是, ...

  • 后背门安装螺栓力矩衰减研究

    前 言 螺纹联接因其结构简单.方便拆卸.低成本等特点,广泛运用于各工程结构的连接,螺纹联接的松弛严重影响汽年运行的可靠性,甚至会造成车毁人亡的严重事故.因此,螺纹联接力矩衰减机理是国内.外工程领域研究 ...

  • 新车型开发过程中螺纹紧固件的拧紧扭矩正向开发

         摘要:保证螺纹紧固件装配质量的最常用方法是通过控制紧固件的扭矩来实现预紧力的控制.为了提高拧紧力矩的设定正确性及拧紧质量,通过制定拧紧力矩分析标准流程,采用Schatz多功能螺栓拧紧工艺分析 ...

  • 螺栓怎么样才算拧紧?

    螺栓什么样算拧紧了?拧不动为止,还是凭感觉,或者其它手段? 下面我们从原理来简要分析一下. 拧紧过程的简要分析 541规则(即50%.40%.10%) 参见下图:通常情况下,在螺栓的拧紧过程中,实际转 ...

  • 螺栓拧到啥程度才算拧紧?

    螺栓什么样算拧紧了?拧不动为止,还是凭感觉,或者其它手段? 下面我们从原理来简要分析一下. 拧紧过程的简要分析 541规则(即50%.40%.10%) 参见下图:通常情况下,在螺栓的拧紧过程中,实际转 ...

  • 螺栓常用的推荐拧紧扭矩

    很多企业的工艺人员对如何选用螺栓装配的拧紧扭矩,还处于沿用同规格经验值的阶段,而这些经验都是老一辈通过不断地试错摸索出来的.以至于大部分开发一个新品出现了新规格的时候,就无从下手. 此时就只能从机械设 ...

  • 你见过智能螺栓吗?拧紧变颜色的那种

    螺丝,这种最简单传统的东西,感觉很难有创新的空间.然而,国外一家公司,发明了一种智能螺丝SmartBolts,让人一眼就看出螺丝是否松动. 在智能螺丝SmartBolts的顶端有一个红色的圆点,当它完 ...

  • 螺栓转角法拧紧工艺介绍!

    螺纹副联接是汽车.内燃机.压缩机等众多机械行业裝配作业所广泛采用的一种方法,为确保装配的质量,必须对螺纹副的拧紧状态予以控制. 01 拧紧工艺的介绍及选择 现今用于控制螺纹拧紧的方法主要有扭矩法,扭矩 ...

  • 螺栓拧紧的基本技术

    几个基本概念 A joint  连接 在工业领域大量采用 优于其它的连接方法 Torque definition 扭矩的定义 扭矩的物理定义 答案:简单来说就是拧紧过程作用力与作用距离的乘积. Tor ...

  • 干货丨螺栓拧紧技术讲义

    -----------------------------------------------------------------

  • 螺栓基本拧紧技术,竟然有这么多学问,收藏!

    拧紧中的扭矩分配 拧紧一颗螺栓,需要施加一定扭矩旋转一定角度后才可以完成,这部分的扭矩+角度所做功最终转为三个部分: 1,螺栓头下摩擦力消耗 2,螺纹副摩擦力消耗 3,产生预紧力 这个也可以根据以下公 ...

  • 【专业知识】怎么判断螺栓是不是拧紧了!

    螺栓什么样算拧紧了?其实,是有严格的操作手册指导完成的,施加多大的扭矩都有明确规范.我们今天先从拧紧过程的扭矩和受力来分析. 拧紧过程的简要分析 541规则(即50%.40%.10%) 参见下图:通常 ...