拧紧是什么？ 在工业装配生产线中，结构复杂的连接结构有很多种，广泛采用的都是螺栓连接，其亮点在于，在保证连接可靠性的同时，结构简单又方便拆卸，可重复使用，而螺栓连接通常是依靠「拧紧」来实现的。 拧 → 动作 | 用力扭转 紧 → 目标 | 密切合拢 螺栓拧紧，顾名思义，通过「拧」这个动作将螺纹副紧密合拢。 螺纹副：利用螺纹旋合实现的一种 机械联接，“副”是一对的意思，指内螺纹和外螺纹。 拧紧的目标是什么？ 「拧紧」实际上是，施加一定扭矩，在螺栓旋入贴合工件后，螺栓会被拉伸，产生一定张力，同时被夹紧的工件会产生与拉伸方向相反的反作用力→夹紧力，来克服两个工件的剪切力，夹紧力才是螺栓拧紧的目标。 理论上，两个连接工件间只要产生合适的夹紧力，就能承受一定的动载荷，可以保证在震动、高低温等恶劣 环境下正常 安全工作。 螺栓连接受力分析 夹紧力是直接衡量螺栓连接的变量，但过高的夹紧力，如果控制不当，会导致连接失效，甚至压坏工件，这就要求我们在拧紧过程中，对夹紧力进行控制，但受限于夹紧力的 测量成本高且效率低，不适合现阶段大规模的量产需求，往往我们提到最多的是“扭矩”。 扭矩是什么？ 拧紧螺钉以使其旋转时，沿旋转方向旋转的力称为拧紧扭矩。拧紧扭矩为“施加力F”乘以“从螺栓的旋转中心到施加力的点的距离L”的值。 扭矩(T)=力 (F)*力臂 (L) 螺栓旋转的越多，得到的扭矩越大 扭矩的产生及测量相对简单容易实现，因此在螺栓装配中，一般会使用拧紧扭矩，来进行夹紧力的间接测量控制，并用于评估拧紧 质量。 我们想要得到的是夹紧力 我们可以测量到的是扭矩 拧紧施加的扭矩，都去哪了？ 在螺栓拧紧过程中，拧紧质量受摩擦力影响非常大，在施加同样的扭矩后，会因摩擦力的不同而导致夹紧力不同。对于普通的螺栓，90%扭矩被摩擦力消耗掉了，只有10%转化为了夹紧力。而摩擦力消耗分为50%螺栓头和40%螺纹副的摩擦力消耗，这就是大家常听说的5-4-1原则。 如何有效拧紧？ Fm= T/ (0.16P + (μg * 0.58 * d2) + ((Dkm/2) * μk)) 夹紧力、扭矩和摩擦力的关系 T =扭矩 Fm = 夹紧力 P =螺距 μg = 螺纹副中摩擦系数 d2 = 螺栓直径D km = 螺帽与工件表面的接触面积，Dkm = (dw + dh)/2 μk =螺帽与工件表面之间的摩擦系数 根据克林克莱曼公式可以发现，摩擦系数过大或过小，会出现扭矩“合格”但夹紧力不合格的情况，从而导致拧紧质量不合格。如果摩擦非常大，那么即使施加的扭矩再大，产生的预紧力也微乎其微，如果摩擦非常小，那只需要很小的扭矩，就能产生非常大的夹紧力，甚至螺栓直接被拉断。 不同实际情况下的夹紧力和摩擦力的关系： 通常我们会使用到螺栓涂层方式，控制摩擦系数，确保最终拧紧装配时夹紧力分布稳定，保证拧紧质量合格。 关键点总结 在螺栓拧紧中，我们实际需要的是夹紧力，然而在大规模量产中，对夹紧力的直接测量过于复杂，可通过扭矩间接计算出夹紧力，一般情况下扭矩中只有10%会转化为夹紧力，且很容易受到摩擦力的影响。对此，我们通常会转为测量和控制影响夹紧力的其他各类因素，确保最终拧紧质量符合要求。
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发表于 2023-5-19 10:57:07
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