為什么轉(zhuǎn)角工藝越來(lái)越流行？

使用扭矩間接控制螺栓的預(yù)緊力是迄今為止最流行的控制緊固方法，也是因?yàn)樗暮?jiǎn)單性和工程師對(duì)它的廣泛理解。

將螺紋緊固件用于結(jié)構(gòu)中的首要問(wèn)題之一是很難保持一致的夾緊力或預(yù)緊力。

眾所周知，扭矩?cái)Q緊會(huì)導(dǎo)致預(yù)緊力顯著的可變性，然而，許多結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)完整性是基于確保達(dá)到并保持一定水平的最小預(yù)緊力。

將螺栓擰緊到設(shè)計(jì)的預(yù)緊力所需的標(biāo)準(zhǔn)扭矩通常可以從表中確定，或者通過(guò)使用扭矩和由此產(chǎn)生的螺栓張力之間的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算來(lái)確定。

作用于螺栓螺紋和螺栓頭下方的摩擦消散了大部分?jǐn)Q緊扭矩，通常只有大約15% 的扭矩實(shí)際用于延伸緊固件。大部分扭矩用于克服螺栓頭下和螺紋中的摩擦。

當(dāng)使用鎖緊類型的螺母或螺栓時(shí) (例如使用尼龍嵌件的情況)，將會(huì)改變扭矩分布。當(dāng)存在最大鎖緊扭矩時(shí)，實(shí)際用于拉伸螺栓的施加扭矩的比例通常約為10%。

螺紋中的摩擦通常吸收27% 和高達(dá)29% 的扭矩用于使克服鎖緊力矩使螺母沿螺紋向下旋轉(zhuǎn)。由于緊固件的使用次數(shù)的變化，緊固件之間的這些比率中也會(huì)發(fā)生改變。

當(dāng)預(yù)緊力低于設(shè)計(jì)要求時(shí)，結(jié)構(gòu)中的其他元件通常會(huì)出現(xiàn)故障。例如：密封墊圈由于沒有足夠的夾緊負(fù)載來(lái)保持密封而泄漏，或者由于螺栓松動(dòng)支架失效。

案例研究通常有助于理解。圖示的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置支架使用M14螺栓，將發(fā)動(dòng)機(jī)固定到結(jié)構(gòu)上。外部載荷為20kN，使用扭矩控制擰緊，應(yīng)評(píng)估分析螺栓提供的預(yù)緊力是否足以防止施加20kN負(fù)載時(shí)襯套移動(dòng)。

下圖，預(yù)緊力需求表顯示了螺栓預(yù)緊力的變化性，假設(shè)使用了扭矩?cái)Q緊方法。在這種情況下，預(yù)載要求包括兩個(gè)要素。

首先，由于嵌入，預(yù)計(jì)會(huì)損失少量預(yù)加載。當(dāng)表面不規(guī)則性被高表面應(yīng)力壓平時(shí)，嵌入或沉降發(fā)生在接頭中。在所有螺栓連接上，在或多或少的都會(huì)發(fā)生一定程度的嵌入。

另一個(gè)預(yù)緊力要求是應(yīng)施加足夠的預(yù)緊力，以使板材和襯套之間的摩擦所提供的摩擦力足以防止任何接頭滑動(dòng)。

從圖表中可以看出，最小預(yù)期預(yù)載大于預(yù)載需求。這意味著，即使在最壞的條件下，也不會(huì)出現(xiàn)接頭運(yùn)動(dòng)，因此也不會(huì)出現(xiàn)故障。

如果允許襯套相對(duì)于板材移動(dòng)，當(dāng)施加負(fù)載或改變負(fù)載時(shí)，螺母很可能會(huì)自動(dòng)松動(dòng)。即使使用可靠鎖緊裝置，滑動(dòng)瞬間會(huì)導(dǎo)致表面磨損從而導(dǎo)致預(yù)緊力損失和螺栓彎曲，進(jìn)而導(dǎo)致螺栓疲勞失效。

因此，強(qiáng)烈的要求，即使在最差的預(yù)期條件下，螺栓也應(yīng)有足夠的預(yù)緊力來(lái)防止任何接頭運(yùn)動(dòng)。

在接頭設(shè)計(jì)完成后，由于決定提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能并進(jìn)行其他更改，導(dǎo)致施加到襯套的負(fù)載從20 kN增加到40 kN。下圖顯示了這種情況下使用扭矩?cái)Q緊的預(yù)緊力需求圖表。

可以看出，在這種新情況下，預(yù)載要求超過(guò)了最小預(yù)載條件。這意味著，由于螺栓在大部分情況下都不能提供足夠的摩擦力來(lái)防止襯套移動(dòng)，因此，預(yù)計(jì)一部分產(chǎn)品會(huì)失效。

眾所周知，接頭的橫向運(yùn)動(dòng)是緊固件自松的主要原因。即使使用化學(xué)粘合劑將螺母鎖定在螺紋上，該運(yùn)動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致螺栓彎曲，從而導(dǎo)致疲勞失效。

在這種情況下，通常會(huì)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)以增加螺栓的尺寸。然而，在這種情況下，空間又限制了這樣的設(shè)計(jì)變化。為了減少由于緊固過(guò)程而出現(xiàn)的大散差，進(jìn)行評(píng)估另一種緊固方法。

眾所周知，扭矩轉(zhuǎn)角擰緊方法可以提供較高的預(yù)緊力，但在擰緊過(guò)程中需要更多的注意和考慮。

使用扭矩轉(zhuǎn)角擰緊方法，規(guī)定初始擰緊扭矩150Nm，可使接頭中的金屬完全緊密接觸。因?yàn)榘宓钠秸炔煌圆荒苤恢付ㄒ粋€(gè)緊固角度。

然后，指定了90度的轉(zhuǎn)角，指定轉(zhuǎn)角角度等同于指定螺栓的延伸或拉伸 (因?yàn)橐蝗Φ韧趯⒙菟ㄑ由煲粋€(gè)完整的螺距)。

轉(zhuǎn)角角度被確定以便螺栓屈服而不斷裂。通過(guò)擰緊到螺栓屈服，摩擦對(duì)預(yù)緊力的巨大變化的影響在很大程度上被消除了。

下圖預(yù)緊力需求圖表表明，最小預(yù)緊力現(xiàn)在大于防止接頭滑動(dòng)所需的預(yù)緊力。因此，在不增加螺栓的尺寸或強(qiáng)度的情況下，達(dá)到接頭的預(yù)期設(shè)計(jì)需求。

如果在此應(yīng)用中使用扭矩控制的擰緊，由于摩擦力散差引起的預(yù)緊力顯著變化，則需要M16或者更大螺栓。正是因?yàn)檫@個(gè)原因，扭矩轉(zhuǎn)角擰緊方法在OEM公司中變得越來(lái)越流行。