緊固類氣動工具對扭矩的了解和應用

2018-01-17  來自: 永嘉縣创信平台自動化儀表有限公司瀏覽次數:235

  氣扳機和氣螺刀從性質上其實屬于一類工具,都是螺紋緊固類氣動工具,其關鍵核心部分還是创信娱乐登录的作用。

  氣扳機和氣螺刀從工作特性上具有很多種形式,如:靜扭式、靜扭自停式、離合限扭式、離合增扭式、沖擊式(包括:腰塊式、環塊式、銷式、端面式、三爪式、液壓脈沖式等)。靜態特性越明顯的形式,其工作越平穩且扭矩也越容易控制精準,但反扭矩大,一般用于小扭矩輸出的氣動工具上(多以氣螺刀形式出現。一些需要精度高的大扭矩場合,有時也會采用靜扭自停式,但必須設置反力臂以抵消反扭矩);沖擊特性越明顯的形式,其工作越強勁有力,反扭矩越小,但扭矩精度難控制,多用于氣扳機上。另外,沖擊式氣扳機還有旋轉一周沖擊一次和旋轉一周沖擊二次等等。

  什么是扭矩?

  扭矩是沿著軸心旋轉的力或合力,扭矩=力x距離。用一支1m長的扳手去鎖緊一個螺栓,如果在扳手柄端施加一個10Kgf的力,那么就會產生一個10Kgf·m的扭矩在螺栓的中心軸線上。如下圖所示。

  

扭矩圖示


  在S.I.測量體系中,力是以N(牛頓)來表示而不是用Kgf,它們之間的單位換算是1Kgf=9.807N,因此上面施加的扭矩為98.07N·m。

  扭矩控制的重要性

  雖然將兩個或兩個以上物體結合在一起的方法很多,但可拆解的結合方法采用螺紋方式是容易而理想的。

  螺紋結合主要是夾緊物體的力必須大于使它們分開的力,而螺栓須處于固定的應力下且不受疲勞強度的影響。但是,如果初始的張力太小,作用在螺栓上的不同方向的負載會很快讓螺栓松脫;如果初始張力太大,鎖緊的過程可能導致螺栓失效。由此可見,螺栓可靠度完全依賴正確的初始張力。實際上大部分確認初始張力的方式都是由控制扭矩值來達到的。

  螺絲的張力

  當螺母和螺栓鎖緊時,會產生張力到螺栓上,此時會有一個相對的力量產生,壓縮到物體上進而將此二者緊密結合。如下圖所示。

  

螺絲的張力


  通常需要先測試螺栓的抗負載能力,最初大都使用所知的屈服點來測試這一能力,基本上螺栓鎖緊的力量是介于屈服點時張力的75%~90%。

  在螺栓連接處的摩擦力

  當一個螺紋結合是在鎖緊的情況下,螺栓頭底部和螺紋處的摩擦將影響螺栓張力的大小。一般情況下,克服螺栓頭底部和被連接物之間的摩擦相當于50%的扭矩被消耗,而其它30%~40%的扭矩損失在克服螺紋處的摩擦,僅剩下10%的扭矩才能有效作用在鎖緊上。如下圖所示。

  

在螺栓連接處的摩擦力


  多達90%的扭矩都因摩擦因素而消耗掉,表面狀況與潤滑在扭矩對張力的關聯性上會有相當的影響,隨著不同表面摩擦系數的改變將有不同的結果,綜合一般重點可知:

  1) 當使用墊圈時,因為螺母與墊圈或墊圈與結合表面在鎖緊過程中相對作用的結果會改變摩擦半徑而因此影響扭矩對張力的關聯性。為了有利于螺栓,一般常使用硬的墊圈來提供較低而穩定的摩擦。

  2) 使用去油膜的螺栓會降低扭矩所提供的張力,而且可能在達到所需求的張力前螺栓就已經斷裂。

  3) 雖然潤滑劑會減小摩擦力,但是除了特定的鎖緊扭矩需要使用外,一般均不采用,否則可能導致張力過大而使螺栓產生失效。當然,在嚴格控制管理下,較低扭矩的鎖緊工具可以使用潤滑劑來幫助使其能以較低的扭矩產生所需的張力。

  4) 螺栓可能會因外觀或防腐蝕因素而電鍍,為提高強度而熱處理,這些都會影響摩擦系數和扭矩對張力的關聯性。

  5) 螺栓上的摩擦力可減少振動產生的損失。像防松螺母被用來確保鎖緊扭矩。

  下表概略地提供表面處理與潤滑的相對摩擦系數,作為計算鎖緊扭矩時所應乘上摩擦系數值。

  

摩擦系數值


  螺栓表面狀況

  鎖緊至螺栓的屈服點

  較小外徑螺栓鎖緊至其屈服點可提供穩定性較高的預負載,尤以螺栓在重復受到使其逆轉松脫的外力時可減少螺栓僵硬和疲勞。例如汽車發動機的汽缸頭和連桿螺栓。

  理論上,一個螺栓鎖至其屈服點會更堅固而且更能抗疲勞,而其屈服點大小與螺栓材料本身的限制和制造處理有關。

  下面的方法可精確計算出螺栓在屈服點時所需的扭矩:

  緊固時應施加于螺栓頭或螺母上的扭矩用Tf表示,它等于螺栓頭底部摩擦扭矩和螺紋面摩擦扭矩之和,可以從下列方式得到。

  Tf=1/2Ff[dp(1.15μs+tanβ)+dwμw]

  其中 Ff:對螺栓產生的張力

  dp:螺紋的有效直徑(有效直徑基本尺寸d2參見機械手冊)

  μs:螺紋面的摩擦系數 0.15

  β:螺紋的導角 tanβ=P/(πd2) 式中P為螺距

  dw:螺栓頭底部接觸面摩擦扭矩的等效直徑 1.3d(d為螺紋公稱直徑)

  μw:螺栓頭底部接觸面摩擦系數 0.15

  為了使上面的計算能夠順利應用,特摘錄各等級六角螺栓的機械性能列表如下:

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