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在螺栓連接中,螺栓緊固順序的制定是一項至關(guān)重要的工藝。不合理的緊固順序會導(dǎo)致被聯(lián)接件中產(chǎn)生高應(yīng)力,并在擰緊完成后出現(xiàn)扭矩明顯衰減等不良影響。當(dāng)面對多個螺栓需要擰緊時,每個螺栓產(chǎn)生的夾緊力都會對之前已經(jīng)擰緊的螺栓產(chǎn)生彈性相互作用,使得單個螺栓的實(shí)際受力情況變得復(fù)雜。因此,針對不同的裝配工況,需要具體分析并制定適當(dāng)?shù)臄Q緊順序。下面將介紹在單個擰緊軸工況下的擰緊順序制定原則。
當(dāng)只有兩個螺栓需要擰緊時,通常選擇擰緊剛度較大的被連接處。
當(dāng)螺栓數(shù)量達(dá)到三個或更多,且被連接件的擰緊位置剛度相似時,如果螺栓分布位置在被聯(lián)接件邊緣按一定順序排列,通常采用十字對角擰緊法。這種方法可以有效減少被連接件的應(yīng)力集中。
在螺栓數(shù)量達(dá)到三個或更多,且被連接件剛度相似的情況下,如果螺栓分布位置不規(guī)則,通常會在采用對角擰緊法的同時,優(yōu)先擰緊靠近被聯(lián)接件中心的螺栓,然后再擰緊外側(cè)的螺栓。
在使用智能擰緊工具對自攻釘進(jìn)行擰緊時,我們采用了多步驟擰緊策略。初步設(shè)置擰緊程序的轉(zhuǎn)速為預(yù)擰緊步驟200rpm,最終擰緊步驟為20rpm。通過逐步增加轉(zhuǎn)速的測試,我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)預(yù)擰緊步驟轉(zhuǎn)速提升至500rpm,最終擰緊步驟設(shè)定為50rpm時,螺釘并未出現(xiàn)金屬粘連,且智能擰緊工具的輸出扭矩也未發(fā)生過沖。
為了研究不同擰緊順序?qū)Q緊結(jié)果的影響,我們對密封端蓋的螺釘采用了兩種擰緊順序:十字對角法和中心優(yōu)先法?;谑謱窃瓌t的擰緊次序?yàn)?-6-2-5-3-4,而基于中心優(yōu)先法原則的擰緊次序?yàn)?-4-1-6-2-5。
通過對這兩種擰緊順序下不同擰緊位置的靜態(tài)扭矩進(jìn)行統(tǒng)計和平均值的計算,我們發(fā)現(xiàn)不同擰緊位置的靜態(tài)扭矩衰減程度是有差異的。在使用十字對角法時,隨著擰緊次序的后移,螺釘?shù)撵o態(tài)扭矩逐漸增大。而在使用中心優(yōu)先法時,緊鄰的兩個螺釘中,后擰緊的螺釘靜態(tài)扭矩值較大。這表明當(dāng)兩個螺釘?shù)臄Q緊位置越靠近時,在先后擰緊的過程中彈性相互作用就越明顯。這一規(guī)律在擰緊一小時和擰緊五小時后測得的靜態(tài)扭矩數(shù)據(jù)中都得到了體現(xiàn)。
通過對擰緊五小時后的結(jié)果繪制曲線圖分析,我們發(fā)現(xiàn)中心優(yōu)先法下各擰緊位置的靜態(tài)扭矩均值離散度大于十字對角法。因此,在密封端蓋擰緊的實(shí)際生產(chǎn)中,采用十字對角法設(shè)置擰緊順序能夠提蓋密封的可靠性。在使用十字對角法時,隨著擰緊次序的增加,靜態(tài)扭矩的大小也相應(yīng)增加。因此,只需確保顆擰緊螺釘?shù)撵o態(tài)扭矩和軸向預(yù)緊力符合設(shè)計要求,即可保證整個密封端蓋的靜態(tài)扭矩大小和軸向預(yù)緊力大小不會低于設(shè)計下限。
綜上所述,在單軸條件下,采用十字對角法相較于中心優(yōu)先法能夠獲得更小的夾緊力離散度。