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緊固件知識

緊固件螺栓斷裂輪胎飛出主因(擰緊力矩不合格)



發布時間:2020/5/20 16:30:30 點擊次數:484次

在汽車事故中,其中有一項事故為緊固件螺栓斷裂導致輪胎飛出,也就是我們常說的爆胎。這樣的事故其實并不少見,為什么會導致汽車輪胎爆胎呢?今天我們大家就來一起查看一下真正的“兇手”是誰。

根據市場數次發生輪胎螺栓斷裂事件的調查,得知導致汽車輪胎爆胎的主要原因是裝配時擰緊力矩不合格。這到底是怎么一回事呢?中華標準件網根據對緊固件知識的了解,帶大家首先了解下螺紋擰緊原理及擰緊力矩的控制方法。

一、緊固件螺紋擰緊原理

緊固件螺紋擰緊原理中主要包括六個要點為:螺紋原理、螺紋擰緊、螺紋緊固件中的受力情況、擰緊力矩和緊固軸力的關系、影響預緊力因素和緊固件擰緊的實質。

1、螺紋原理

看上圖所示,以傾斜角β的線,圍繞圓柱或圓錐運動時,圓柱或圓錐上就形成了螺旋線。沿著螺旋線產生的溝漕和突起物就是螺紋。圓柱的外側螺紋叫外螺紋。圓柱的內側螺紋叫內螺紋。螺紋是內、外一組同時使用的。

1)螺紋主要參數

螺距P:相連兩個螺紋頂尖的距離。

導距L:螺紋旋轉一周時,螺紋上一點沿軸線方向前進的距離。

注:一條螺旋線產生的螺紋叫單頭螺紋,螺距與導距相等。

兩條或兩條以上的等間隔的螺旋線產生的螺紋叫多頭螺紋。導距=n*螺距。

2)螺紋有效直徑:

2、螺紋擰緊

擰緊是用螺栓、螺母把零件連接起來,不能松動。為了不讓其松動,必須在螺栓.上施加一個叫“軸向力”的適當拉力(擰緊力)。

實際作業中,因為直接測量軸向力困難,所以螺栓、螺母擰緊時,用“扭矩”代替。

3、螺紋緊固件中的受力情況

 

注:擰緊的作用——部件連接夾緊力

螺紋緊固件受力分析:

 

這必須避免!

所施加的扭矩和夾緊力之間的關系:10%

當對螺母施加力時,將產生力矩:T=F*r

擰緊力矩的組成:

1)支承面摩擦力矩Tw

2)螺紋副摩擦力矩Ts

T=Ts+ Tw

注:軸向力所產生的力矩為零。

4、擰緊力矩和緊固件軸力的關系

緊固軸力Ff(預緊力)的計算:

其中,K:扭矩系數,與支承面粗糙度和潤滑情況、螺紋副精度和潤滑情況等有關。

5、影響預緊力(夾緊力)的因素

在采用同一扭矩緊固時:

I、摩擦系數上升,K值變大,則預緊力Ff不足。

II、摩擦系數下降,K值變小,則預緊力Ff增大,可導致螺紋連接破壞失效。

注:螺紋的摩擦性能主要取決于:螺栓材質、制造精度、表面處理、實際裝配工藝條件等。

6、緊固件擰緊的實質

控制螺紋緊固軸力(預緊力) ,保證被連接件所需的夾緊力。

1)夾緊力需適中:

I、過小夾不緊,被連接件容易松動;

II、過大夾過緊,被連接件容易損傷,同時,也容易造成螺紋件的損壞。

注:螺紋連接的可靠性主要取決于螺栓的軸向夾緊力,夾緊力通常只能通過控制擰緊扭矩或轉角來實現。

2)軸向預緊力的確定

I、軸向預緊力下限值:由連接結構的功能決定,此值必須保證被聯接件在工作過程中始終可靠貼合;

II、軸向預緊力上限值:由螺栓(螺母)和被連接件的強度決定,此值必須保證螺栓及被聯接件在預緊和服役過程中不發生破壞。(如:螺栓拉長、擰斷、脫扣、被聯接件壓陷/破裂等)

3)螺栓連接件的特性

4)緊固件扭矩目標值確定

①、確定被聯接件的夾緊力→得出預緊力Ff

②、預緊力Ff→螺紋選型(50-60%屈服預緊力)

③、通過試驗,測其表面及螺紋副狀況下K值

④、根據公式計算目標扭矩: Tf = K  Ff  d

5)螺紋擰緊質量的表現

目前,對螺紋的擰緊質量公司內主要通過Cp值及Cpk值體現。

建議:通過合格率體現(上/下控制線)。

力矩判斷:確保下限值,上限不得超出10-15%。

二、擰緊力矩控制方法

擰緊力矩控制方法主要有五種分別為:扭矩直接控制法、扭矩控制-轉角監控法、扭矩+角度控制法、屈服點控制法和螺栓長度法

1、扭矩直接控制法

利用扭矩值與預緊力的線性關系,只對緊固扭矩(T)進行控制,操作簡便。

注:扭矩控制法受扭矩系數影響較大,90%以上用于克服摩擦力,精度很低,一般使用在非關鍵部位。

扭矩控制——工具

1)小扭矩(≤12Nm):一般采用電動槍或氣動扭力螺絲刀。

2)大扭矩

I、風動定扭槍:(傳感斷氣式、油壓脈沖、機械離合式-克服反作用力) 等;

II、風動非定扭槍+喀噠扳手。

2、扭矩控制一轉角監控法

在采用扭矩控制的同時,用緊固轉角θf作為指標對預緊力進行監控的控制方法。

I、20% N扭矩設定轉角控制的起始點;

II、從起始點計算轉角,同時記錄扭矩。

注:該方法裝配精度高,可控制在5%以內,一般用于較高的裝配部位,抗松動、抗疲勞性能較佳,為擰緊裝配工藝的發展方向。

注:扭矩控制發的一種輔助監控

3、扭矩+角度控制法

分步擰緊,先采用扭矩控制,再采用緊固轉角θf進行控制的方法。

注:一般用在擰緊要求特別高的部位(高強度螺栓)。

扭矩、角度控制一工具:采用電控裝置的電動螺母擰緊機。

I、單個螺母:單軸擰緊機(須克服反作用力);

II、 組合螺母:多軸擰緊機。

4、屈服點控制法

1)擰緊系統先將螺栓擰至一起始力矩(50%),然后系統不斷計算扭矩/轉角斜率,當螺栓材料達到屈服點(扭矩不再增加,而角度增加很快)斜率急劇下降,則系統發出控制信號。

2)得到信息后,系統略微停頓,再轉10°左右。

注:該方法具有可最大限度地利用螺栓強度的優點,同時,對螺栓自身的屈服強度及抗拉強度有嚴格的要求。(適用: 塑性區域)

例:連接和軟連接

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