Stramningsmetoder for gevindbefæstelser

En af de vigtigste udfordringer ved boltet samling er at opnå nøjagtig forspænding gennem passende tilspændingsmetoder. Utilstrækkelig forspænding forårsaget af unøjagtige tilspændingsprocesser er en almindelig årsag til boltforbindelsesfejl. Designere skal være fortrolige med principperne og karakteristikaene ved almindelige bolttilspændingsteknikker. Denne artikel introducerer systematisk seks primære metoder til boltforspændingskontrol. Det skal bemærkes, at en vis grad af forspændingsspredning er uundgåelig uanset den valgte tilspændingsmetode, som hører til normale proceskarakteristika.

Seks almindelige metoder bruges i vid udstrækning til at kontrollere forspændingen af ​​gevindfastgørelsesmidler:drejningsmomentkontrolleret tilspænding, vinkelkontrolleret tilspænding, flydepunktskontrolleret tilspænding, boltstrækningsstramning, termisk tilspænding og spændingsindikerende tilspænding.

1. Momentstyret tilspænding

Momentstyret tilspænding er den mest almindeligt anvendte metode til styring af forspænding i industrielle applikationer. Det nominelle tilspændingsmoment, der kræves til boltsamling, kan fås fra standardmomenttabeller eller beregnes i henhold til sammenhængen mellem tilspændingsmoment og boltforspænding.

Under tilspænding bærer boltskaftet både aksial trækspænding og vridningsforskydningsspænding. Konventionelle drejningsmomentreferencetabeller ignorerer generelt torsionsspænding og antager, at 75 % af den samlede spænding bidrager til effektiv aksial spænding. Under højfriktionsforhold øges torsionsspændingen betydeligt. Når den overlejres med aksial spænding, kan den ækvivalente spænding overstige materialets flydespænding og føre til boltfejl. For højere nøjagtighed styres processen således, at den kombinerede ækvivalente spænding når ca. 90% af flydespændingen, hvilket sikrer sikker og pålidelig montering ved at afbalancere aksial- og vridningsspændingskobling.

Momentdominerede selvlåsende befæstigelser som f.ekslåsemøtrikker i nylon og mekaniske låsemøtrikker bruges i vid udstrækning i scenarier, der er udsat for vibrationer for at forhindre, at de løsner sig. Disse fastgørelseselementer øger vridningsspændingen i boltskaftet betydeligt under tilspænding og ændrer konverteringseffektiviteten til drejningsmoment-til-forspænding. Derfor skal momentværdierne justeres i overensstemmelse hermed under parameterindstillingen.

Den største begrænsning ved drejningsmomentstyret tilspænding er, at 85 % til 95 % af det påførte drejningsmoment forbruges for at overvinde gevind- og lejeoverfladefriktion. Mindre variationer i friktionsforholdene kan resultere i betydelige forspændingsafvigelser. Anvendelse af friktionsstabilisatorer på fastgørelseselementer kan reducere friktionsspredning og forbedre stramningsnøjagtigheden.

Standardforanstaltninger til forbedring af drejningsmomenttilspændingsnøjagtigheden er opsummeret som følger:

1. Undgå at bruge almindelige flade skiver. Relativ glidning mellem skiver og kontaktflader ændrer den effektive friktionsradius og forvrænger forholdet mellem drejningsmoment og forspænding. Hvis der kræves et større lejeareal for at reducere overfladetrykket, foretrækkes flangebolte og flangemøtrikker.

2. Bestem tilspændingsmomentet gennem den faktiske kalibrering. Trækmålere kan fastgøres til boltskaftet til kalibrering af tilspænding på stedet under reelle monteringsforhold. Vejeceller installeret under bolthoveder giver ekstra måling, men er mindre nøjagtige end strain gauges på grund af ændrede kontaktkarakteristika.

3. Når eksperimentel kalibrering ikke er tilgængelig, beregnes standardtilspændingsmomentet udførligt baseret på tolerancer for fastgørelsesanordningens bearbejdning, møtriklejedimensioner og låsemomentkarakteristika. Det professionelle drejningsmomentberegningsprogram TORQUE udviklet af Bolt Science kan realisere nøjagtig beregning.

4. Angiv værdier for tilspændingsmoment på montagetegninger med en standardtolerance på ±5%. Ved kritiske samlinger skal du bruge kalibrerede momentnøgler og udføre momentverifikation efter montering.

Forskellige tilspændingsmetoder resulterer i distinkte forspændingsspredningsniveauer, blandt hvilke ren drejningsmomentstyring giver relativt store afvigelser.

2. Vinkelstyret tilspænding

Vinkelstyret tilspænding, også kendt som møtrikrotationsmetoden, blev introduceret kort efter Anden Verdenskrig til manuel samling og er nu kompatibel med strømtilspændingsudstyr. Processen spænder først bolten til et sædemoment og roterer derefter møtrikken med en forudbestemt vinkel for at bringe bolten i delvis plastisk deformation. Denne metode reducerer effektivt forspændingsudsving forårsaget af flydespændingstolerance og giver en bedre forspændingskonsistens end ren drejningsmomenttilspænding.

De største ulemper omfatter kravet om eksperimentel kalibrering af tilspændingsvinkler (ingen universelle anvendelige parametre) og begrænset genanvendelighed. Gentagen tilspænding efter plastisk deformation forårsager let træthedsfejl af fastgørelseselementer.

3. Flydegrænsekontrolleret tilspænding

Udviklet af SPS og også kendt som den fælles kontrolmetode, leverer denne teknik en af ​​de højeste forspændingsnøjagtigheder. Det minimerer indflydelsen af ​​friktionskoefficientvariation og opnår en meget konsistent boltforspænding.

Afledt af den manuelle vurdering af stramningsfølelse, anvender denne metode et højpræcisions elektronisk kontrolsystem til at indsamle drejningsmoment og rotationsvinkeldata i realtid. Ved at overvåge hældningsændringen af ​​momentgradienten identificerer systemet nøjagtigt boltens vigepunkt og afslutter tilspændingen med det samme for at undgå overbelastning.

På trods af forbedret stabilitet eksisterer der stadig mindre forspændingsspredning på grund af gevindfriktion. Højere gevindfriktion øger torsionsspændingen og reducerer aksial forspænding under den samme ydetærskel. Denne metode registrerer nøjagtigt, at bolten giver efter under den kombinerede effekt af spænding og vridning.

Flydepunktsstyret tilspænding er meget brugt til kritiske komponenter som f.ekscylinderhovedbolte og plejlstangsbolte, der giver stabil høj forspænding og muliggør optimeret boltstørrelse. De høje omkostninger ved dedikerede intelligente strammeværktøjer begrænser imidlertid udbredt anvendelse. Pålidelig højpræcision forspænding kan ikke garanteres i feltvedligeholdelse uden matchende professionelt udstyr.

4. Boltstrækningsspænding

Bolte med stor diameter kræver ekstremt højt tilspændingsmoment, hvilket er svært for konventionelle værktøjer. For bolte over 20 mm i diameter anvendes hydraulisk strækning almindeligvis til at erstatte hydrauliske momentnøgler, hvilket undgår overdreven momentreaktionskraft og begrænset betjeningsplads.

Arbejdsprincip: En dedikeret hydraulisk cylinder er monteret over møtrikken. Bolten eller tapgevindet strækker sig helt gennem møtrikken og forbindes med strækkebeslaget. Hydraulisk tryk strækker bolten aksialt for at producere elastisk forlængelse. Mens strækkebelastningen opretholdes, drejes møtrikken manuelt og låses på plads ved hjælp af en fatning og momentstang.

Denne metode giver ekstrem høj forspændingsnøjagtighed gennem præcis hydraulisk trykstyring. Der opstår dog mindre forspændingstab efter trykudløsning på grund af elastisk tilbageslag. Demontering af korroderede eller fastklemte møtrikker er fortsat et stort driftsproblem.

5. Termisk tilspænding

Termisk tilspænding udnytter metalets termiske udvidelsesegenskaber. Bolten opvarmes og forlænges, og møtrikken drejes og placeres. Under afkøling forsøger bolten at trække sig sammen, men er i længderetningen begrænset af de fastspændte komponenter, hvilket genererer stabil aksial forspænding.

Almindelige opvarmningsmetoder omfatter direkte flammeopvarmning, varmekappespoler og kulstofmodstandsvarmeelementer. Processen er tidskrævende, og præcis belastningsmåling kræver fuld afkøling til omgivelsestemperatur, hvilket resulterer i lav effektivitet. Det bruges sjældent i almindelige industrier og er kun anvendeligt til ultrastore kraftige bolte.

6. Spændingsindiceret tilspænding

Denne metode anvender specialiserede belastningsindikerende fastgørelseselementer, belastningsindikerende spændeskiver eller deformationsdetekteringsteknikker til indirekte at måle boltforlængelse og forspænding, og dækker en række forskellige højpræcisionsmonteringsløsninger.

Typiske spændingsindikerende bolte omfatter Rotabolt og HiBolt. Rotabolt har et centralt boret hul med en intern målestift og en roterbar frigangsstruktur. Stiften forbliver ubelastet under elastisk strækning; når fuld forspænding er opnået, forsvinder frigangen, og rotationen låses, hvilket indikerer korrekt tilspænding. HiBolt anvender et lignende princip, hvor let boltkrympning klemmer den centrale stift for at afspejle spændingsstatus.

Belastningsindikerende skiver er meget udbredt i anlægskonstruktioner af stål. Præfabrikerede fremspring på skivens overflade undergår plastisk deformation under belastning. Den korrekte forspænding verificeres ved at måle restspalten med en følermåler. Denne type skive bruges sjældent til mekanisk præcisionsmontage.

Boltforlængelse kan måles direkte ved hjælp af mikrometer eller detekteres præcist via ultralydstest. Forlængelseværdier kan konverteres til realtidboltforbelastning gennem kalibrering eller beregning. Til ultralydsmåling kræver bolthovedet og endefladen slibning for at sikre optimal akustisk refleksion og testnøjagtighed.