擰螺絲時如何控制螺栓的扭矩

　　如上圖所示：施加扭矩旋轉(zhuǎn)螺栓后，螺桿受力伸長了，螺桿伸長產(chǎn)生夾緊力把連接件夾緊了。我們知道，施加的扭矩并不像夾緊力那么簡單，在通用公式中：力(F)*力矩(L)=扭矩M

　　也就是說螺栓旋轉(zhuǎn)的越多，得到的扭矩越大。但是90%扭矩被摩擦力消耗掉了，只有10%轉(zhuǎn)化為了夾緊力。打個比方，當(dāng)你上緊一顆工藝要求為10N·m力矩的螺栓時，我們真正需要的是那1N·m軸向力矩，大多數(shù)力矩都被摩擦力消耗掉了。

扭矩控制法

　　扭矩控制法是最初始也是最簡單的控制法，它是基于螺紋連接時，軸向夾緊力F擰緊時與擰緊扭矩T成正比關(guān)系，可用一個公式T=K·F來表示，這個K則是扭矩系數(shù)。當(dāng)一個螺釘設(shè)計出來時候他的軸向夾緊力F就是可知的，擰緊扭矩T通過工藝設(shè)定我們的擰緊扭矩也被工藝部門規(guī)范下來。但是總裝車間經(jīng)常出現(xiàn)擰緊扭矩達(dá)到但是裝配的螺栓依然不合格，這是為什么呢?

　　關(guān)鍵就在這個扭矩系數(shù)，扭矩系數(shù)K的變化主要波動因素是綜合摩擦系數(shù)u，也就是說螺栓，螺孔的精度，雜質(zhì)，是否磕碰都會影響這個綜合摩擦系數(shù)u。而且這個K值和溫度也有關(guān)系，經(jīng)過日本住友公司通過實驗證明環(huán)境溫度每增加1℃，扭矩系數(shù)K就下降0.31%。扭矩控制法到底是否精確呢？給大家加深下影響，根據(jù)德國工程師協(xié)會擰緊實驗報告稱當(dāng)擰緊力矩T的誤差為±0時(即無誤差施加扭矩)螺栓軸向夾緊力誤差可以達(dá)到±27.2%。

扭矩-轉(zhuǎn)角控制法(TA)又稱超彈性控制法

　　扭矩-轉(zhuǎn)角控制法是先將螺栓擰到一個不大的扭矩，一般會是擰緊力矩的40%-60%(由工藝驗證后制定)，再從此點開始，擰一個規(guī)定的轉(zhuǎn)角的控制方法。

　　這種方法它是基于一定的轉(zhuǎn)角，是螺栓產(chǎn)生一定的軸向伸長及連接件被壓縮了。這樣做的目的是將螺栓擰到緊密接觸面上，并克服了一些表面凹凸不平等不均勻因素，而后面所需求的軸向夾緊力由轉(zhuǎn)角產(chǎn)生。在計算轉(zhuǎn)角之后，摩擦阻力對軸向夾緊力的影響不復(fù)存在，所以其精度比單純的扭矩控制法要高，扭矩控制法的要點就是測量轉(zhuǎn)角的起點，一旦這個轉(zhuǎn)角確定下來我們就可以獲得相當(dāng)高擰緊精度。

　　由于有了比較先進(jìn)擰緊方法于是產(chǎn)生了一種適應(yīng)生產(chǎn)力的工具，就是電動擰緊工具，它是由電機(jī)—驅(qū)動齒-彎頭齒輪-傳感器等構(gòu)成，可以相對比較容易的設(shè)定預(yù)警力矩及起始轉(zhuǎn)角。

屈服點控制法(TG)

　　通過上面夾緊力圖即可看出，同樣的轉(zhuǎn)角誤差在其朔性區(qū)的螺栓軸向預(yù)緊力誤差ΔF2比彈性區(qū)的螺栓軸向預(yù)緊力誤差ΔF1要小得多。屈服點控制法就是把螺栓擰緊至屈服點后，停止擰緊的一種方法。它是利用材料屈服的現(xiàn)象而發(fā)展起來的一種高精度的擰緊方法。這種控制方法，是通過對擰緊的扭矩/轉(zhuǎn)角曲線斜率的連續(xù)計算和判斷來確定屈服點的。

       螺栓在擰緊的過程中，其扭矩/轉(zhuǎn)角的變化曲線見扭矩、扭矩斜率對比圖。真正的擰緊開始時，斜率上升很快，之后經(jīng)過簡短的變緩后而保持恒定( a_b區(qū)間)。過b點后，其斜率經(jīng)簡短的緩慢下降后，又快速下降。當(dāng)斜率下降一定值時(一般定義，當(dāng)其斜率下降到最大值的二分之一時)，說明已達(dá)到屈服點(即扭矩對比圖中的Q點)，立即發(fā)出停止擰緊信號。屈服點控制法的擰緊精度是非常高的，其預(yù)緊力的誤差可以控制在±4%以內(nèi)，但其精度主要是取決于螺栓本身的屈服強(qiáng)度。

落座點—轉(zhuǎn)角控制法 (SPA)

　　落座點—轉(zhuǎn)角控制法是最近新出現(xiàn)的一種控制方法，它是在扭矩-轉(zhuǎn)角T-A法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。TA法是以某一預(yù)扭矩Ts為轉(zhuǎn)角的起點，而SPA法計算轉(zhuǎn)角的起點，采用扭矩曲線的線性段斜率與轉(zhuǎn)角A坐標(biāo)的交點S(見圖)。

　　圖中F1是TA法最大螺栓軸向預(yù)緊力誤差，F(xiàn)2是SPA法最大螺栓軸向預(yù)緊力誤差。從圖中可見，采用TA法時，由于預(yù)扭矩TS的誤差(ΔTs=Ts2-Ts1，對應(yīng)產(chǎn)生了螺栓軸向預(yù)緊力誤差ΔFs)，在轉(zhuǎn)過相同的轉(zhuǎn)角A1后，相對于兩個彈性系數(shù)高低不同的擰緊工況，其螺栓軸向預(yù)緊力誤差為F1；即使是彈性系數(shù)相等的，但由于ΔTs 的存在，也有一定的誤差(見圖中的ΔF1、ΔF2)。

       如若采用SPA法，由于是均從落座點S開始轉(zhuǎn)過A2轉(zhuǎn)角后，相對于兩個彈性系數(shù)高低不同的擰緊工況，其螺栓軸向預(yù)緊力誤差為F2。顯然F2小于F1，即落座點—轉(zhuǎn)角控制法擰緊精度高于扭矩-轉(zhuǎn)角控制法。采用SPA法，摩擦系數(shù)大小對于螺栓軸向預(yù)緊力的影響幾乎可以完全消除，下一圖為擰緊中不同摩擦系數(shù)所對應(yīng)的扭矩-轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線。圖中摩擦系數(shù)：μ1>μ2>μ3。

       雖然不同的摩擦系數(shù)所對應(yīng)的扭矩-轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線的斜率不同，但其落座點(曲線線性段的斜率與橫軸的交點)相差不大。故從此點再擰一個角度Ac，不同摩擦系數(shù)對螺栓軸向預(yù)緊力的影響基本可以消除。

　　SPA法與TA法比較，其主要優(yōu)點是：能克服在Ts時已產(chǎn)生的扭矩誤差，因此，可以進(jìn)一步提高擰緊精度。

螺栓伸長法(QA)

　　QA法是通過測量螺栓的伸長量來確定是否達(dá)到屈服點的一種控制方法，雖然每一個螺栓的屈服強(qiáng)度不一致，也會給擰緊帶來誤差，但其誤差一般都非常小。在QA法中所采取的測量螺栓伸長量的方法，一般是用超聲波測量，超聲波的回聲頻率隨螺栓的伸長而加大，所以，一定的回聲頻率就代表了一定的伸長量。

       圖示就是QA法的原理，由于螺栓在擰緊和擰松時，用超聲儀所測得的回聲頻率隨螺栓的擰緊(伸長)和擰松(減小伸長量)而發(fā)生變化的曲線并不重合，同一螺栓軸向預(yù)緊力的上升頻率低于下降頻率。這樣，在用來測量螺栓的屈服點時應(yīng)予以注意。

扭矩斜率法

　　扭矩斜率法是以扭矩-轉(zhuǎn)角曲線中的扭矩斜率值的變化作為指標(biāo)對初始預(yù)緊力進(jìn)行控制的一種方法。該擰緊方法通常把螺栓的屈服緊固軸力作為控制初始預(yù)緊力的目標(biāo)值。該擰緊方法一般在螺栓初始預(yù)緊力離散度要求較小并且可最大限度地利用螺栓強(qiáng)度的情況下使用。

       但是由于該擰緊方法對初始預(yù)緊力的控制與塑性區(qū)的轉(zhuǎn)角法基本相同，所以，需要對螺栓的屈服點進(jìn)行嚴(yán)格的控制。該擰緊方法與塑性區(qū)的轉(zhuǎn)角法相比，螺栓的塑性即反復(fù)使用等方面出現(xiàn)的問題較少，有一定的優(yōu)勢，但是，緊固工具比較復(fù)雜，也比較昂貴。