Pultin vääntömomentin periaate ja kuusi kiristyksen ohjausmenetelmää

Varsinaisissa asennusolosuhteissa kytkettyjen komponenttien välistä puristusvoimaa ja pulttien aksiaalista esijännitystä ei voida mitata suoraan tai ohjata tarkasti. Siksi teollisuus käyttää yleensä vääntömomenttipohjaisia ​​epäsuoraa ohjausmenetelmiä standardoidun esijännityksen ohjauksen saavuttamiseksi. Tässä artikkelissa selitetään systemaattisesti yleiset pulttien kiristyksen ohjausmenetelmät, jotka perustuvat vääntömomentin ja kiristysvoiman väliseen mekaaniseen suhteeseen kiristyksen aikana.

1. Pultin vääntömomentin ja kiristysvoiman periaate

Kun pulttiin kohdistetaan kiristysmomentti, varsi venytetään joustavasti, jolloin syntyy aksiaalista puristusvoimaa liitoksen kiinnittämiseksi. Vääntömomentin peruskaava määritellään seuraavasti: Vääntömomentti (M)=Voima (F) × Momenttivarsi (L). Teoriassa suurempi kiertokulma tuottaa suuremman vääntömomentin; suurimman osan käytetystä vääntömomentista kuluttaa kuitenkin kitka todellisessa käytössä.

Yleinen pulttien kiristys seuraa50-40-10 vääntömomentin jakautumissääntö: 50 % vääntömomentista voittaa kitkan pultin kannan alla, 40 % voittaa kierreparin kitkan ja vain 10 % muunnetaan tehokkaasti käyttökelpoiseksi aksiaaliseksi puristusvoimaksi.

Esimerkiksi, kun pultti kiristetään 10 N·m:iin prosessivaatimusta kohti, vain noin 1 N·m edistää tehokasta aksiaalista kiinnitystä, kun taas suurin osa vääntömomentista menetetään kitkan vuoksi.

Tämä vääntömomentin jakautumissuhde ei ole kiinteä. Kierrevauriot, purseet, lika ja pinnan epäpuhtaudet lisäävät merkittävästi kitkahäviötä. Viallisissa kierreolosuhteissa jakauma muuttuu 50 % pääkitkaan, 45 % kierrekitkaa ja vain 5 % tehollista puristusvoimaa.

Tällaisissa tapauksissa, vaikka valvottu kiristysmomentti täyttää standardin, todellinen kiristysvoima on vakavasti riittämätön, mikä johtaaväärä kiristys. Käytettäessä nopeita liikkuvia osia, kuten vauhtipyöriä ja kampiakseleita, väärä kiristys aiheuttaa helposti pultin löystymisen tai irtoamisen ja johtaa laitevikaan.

Kierrevirheiden lisäksi pehmeät elastiset tiivisteet aiheuttavat myös vääntömomentin heikkenemistä ja esijännityksen menetystä, joka tunnetaan nimellä pehmeän liitoksen vääntömomentin vaimennus. Tavalliset pehmeät komponentit, kuten sylinterikannen tiivisteet ja öljypohjan tiivisteet, muotoutuvat ja löystyvät jatkuvan puristuksen aikana, mikä johtaa asteittaiseen esijännityksen vähenemiseen. Toissijaisia ​​uudelleenkiristysprosesseja käytetään laajalti pehmeiden liitoskokoonpanojen puristusvoiman vaimenemisen minimoimiseksi.

Suurempi vääntömomentti ei aina tarkoita parempaa kiinnitystä. Liiallinen kiristäminen venyttää pultin elastisuusrajan yli ja aiheuttaa plastisen muodonmuutoksen. Kun jännitys ylittää myötörajan, pultti murtuu pysyvästi ja menettää kiinnityskyvyn kokonaan.

2. Kuusi yleistä pulttien kiristysmenetelmää

2.1 Vääntömomentin ohjausmenetelmä

Vääntömomentin ohjausmenetelmä on yksinkertaisin ja laajimmin käytetty kiristysstrategia. Sen ydinperiaate on suhteellinen suhde kiristysmomentin ja aksiaalisen esijännityksen välillä, joka ilmaistaan ​​kaavalla:T=K·F, jossa T=kiristysmomentti, F=aksiaalinen esijännitys ja K=vääntömomenttikerroin.

Kun pultin suunnittelu on viimeistelty, tavoiteaksiaalinen esijännitys F on kiinteä ja vakiokiristysmomentti T voidaan kalibroida. Hyväksytyt vääntömomenttiarvot eivät kuitenkaan aina takaa laadukasta kokoonpanon laatua, mikä johtuu pääasiassa vääntömomenttikertoimen K vaihteluista.

Vääntömomenttikerroin K on erittäin herkkä kattavalle kitkakertoimelle, johon vaikuttavat pultin tarkkuus, kierrevauriot, kontaminaatio ja pintaolosuhteet. Myös lämpötilalla on ratkaiseva rooli. Sumitomo Japanin kokeet osoittavat, että vääntömomenttikerroin K pienenee 0,31 % jokaista 1 asteen nousua ympäristön lämpötilassa.

VDI (Association of German Engineers) -testiraporttien mukaan jopa nollamomenttivirheellä aksiaalinen esijännitysvirhe puhtaalla vääntömomentin ohjauksella voi olla ±27,2 %, mikä osoittaa rajallista tarkkuutta.

Sovelluksen ominaisuudet: Kiristys suoritetaan sisälläpultti elastinen alue. Tavoitevääntömomentti asetetaan yleensä välillä 50 % - 85 % myötörommentista. Noin 90 % käytetystä vääntömomentista voittaa kitkan, jolloin esijännityksen tarkkuus on ±25 %.

Edut: Yksinkertainen käyttö, edullinen ja tarkastettavissa tavallisilla momenttiavaimilla, soveltuu massakokoon.

Haitat: Alhainen kiristystarkkuus, riittämätön materiaalin käyttö ja suuri alttius lämpötilalle, kierreolosuhteille ja pinnan kontaminaatiolle, mikä johtaa huonoon stabiilisuuteen.

2.2 Vääntömomenttikulman ohjausmenetelmä (TA-menetelmä / superelastinen ohjaus)

Vääntömomenttikulman ohjausmenetelmä on parannettu erittäin tarkka kiristysstrategia, joka perustuu perusmomentin hallintaan. Prosessi koostuu kahdesta vaiheesta: ensin kiristä pultti esiasetettuun alustavaan vääntömomenttiin (tyypillisesti 40–60 % vakiovääntömomentista, määritetty prosessin validoinnilla) liitosrakojen poistamiseksi ja täyden pintakosketuksen varmistamiseksi; Kierrä sitten pulttia tietyssä kulmassa saadaksesi tarkan aksiaalisen venymän.

Kiinteäkulmainen pyöritys ohjaa tarkasti pultin venymistä ja liitoksen puristusta eliminoiden epätasaisen pinnan kosketuksen ja kitkan epäjohdonmukaisuuden. Toisessa kiristysvaiheessa esijännitys määräytyy tarkasti pyörimiskulman mukaan, mikä vähentää huomattavasti kitkahäiriöitä ja saavuttaa paljon paremman tarkkuuden kuin pelkkä vääntömomentin säätö.

Tämä menetelmä vaatii sähköisiä kiristystyökaluja, jotka on varustettu moottoreilla, hammaspyörillä ja erittäin tarkoilla antureilla, joilla asetetaan tarkasti alustavat vääntömomentit ja kiertokulmat tarkkuustuotantolinjoille.

Sovelluksen ominaisuudet: Kaksivaiheinen kiristys (momentin alustus + kulman kierto) elastisella alueella. Alkuvääntömomentti- ja kulmaparametrit vaativat kokeellisen kalibroinnin. Esijännityksen tarkkuus saavuttaa ±15 %.

Edut: Korkeampi kiristystarkkuus ja vakaa aksiaalinen kiristysvoima, sopii keskikokoiseen ja korkeaan tarkkuuteen komponenttien kokoonpanoon.

Haitat: Monimutkainen ohjausjärjestelmä, joka vaatii vääntömomentin ja kulman kaksoisvalvontaa; vaikea laadunvarmistus perinteisillä tarkastustyökaluilla.

2.3 Tuottopisteen säätömenetelmä (TG-menetelmä)

Myötörajan säätömenetelmä on erittäin tarkka kiristystekniikka, joka perustuu materiaalin muoviominaisuuksiin. Se tarkkailee jatkuvasti vääntömomentti-kulmakäyrän kaltevuutta tunnistaakseen pultin myötörajan ja lopettaa kiristyksen välittömästi myötörajan saavuttua.

Alkukiristysvaiheessa vääntömomenttikulman kaltevuus nousee nopeasti ja vakiintuu sitten elastisen alueen sisällä. Kun pultti lähestyy muovia myöten, kaltevuus pienenee vähitellen. Kiristys pysähtyy automaattisesti, kun kaltevuus laskee 50 prosenttiin maksimiarvostaan, mikä osoittaa myötörajan.

Verrattuna elastisen alueen kiristykseen, myötöalueen kiristys minimoi kulmapoikkeaman aiheuttamat esijännitysvirheet, maksimoi materiaalin käytön ja eliminoi kitkahäiriöitä.

Sovelluksen ominaisuudet: Reaaliaikainen vääntömomentin ja gradientin valvonta; esijännityksen tarkkuus ±8 %; pultit saavuttavat kriittisen myötörajan, eikä niitä voi käyttää uudelleen kiristyksen jälkeen.

Edut: Erittäin korkea tarkkuus, erinomainen esijännityksen vakaus ja pultin mekaanisen lujuuden täysi hyödyntäminen.

Haitat: Vaatii huippuluokan tarkkuuslaitteita korkeilla kustannuksilla; erittäin riippuvainen jatkuvasta pultin myötörajasta ja raaka-aineen laadusta.

2.4 Istuinpisteen kulman säätömenetelmä (SPA-menetelmä)

Seat-Point Angle (SPA) -menetelmä on edistynyt ja tarkka kiristystekniikka, joka on optimoitu perinteisestä TA-menetelmästä. Toisin kuin kiinteän vääntömomentin aloituspiste, jota käytetään TA-ohjauksessa, SPA laskee tarkan istuma-alkukohdan lineaarisen vääntömomenttikäyrän kaltevuuden ja vaaka-akselin leikkauspisteen kautta eliminoiden alkuperäisen vääntömomentin poikkeaman.

Testit vahvistavat, että vääntömomentti-kulmakäyrät vaihtelevat merkittävästi eri kitkakertoimien alla, kun taas istuimen vertailupiste pysyy lähes yhtenäisenä. Kiertyminen yhtenäisestä istuinpisteestä eliminoi tehokkaasti kitkaeroista ja alkumomentin poikkeamasta johtuvat esijännitysvirheet, mikä tarjoaa paremman tarkkuuden kuin TA-menetelmä.

Keskeiset edut: Kompensoi alkuvaiheen vääntömomenttivirheet ja kitkahäiriöt parantaen merkittävästi kiristyksen tasaisuutta ja tarkkuutta erittäin luotettaviin sovelluksiin, kuten ilmailu- ja tarkkuuslaitteiden kokoonpanoon.

2.5 Pultin venymän hallintamenetelmä (QA-menetelmä)

Pultin venymän säätömenetelmä määrittää suoraanpultti esijännitys mittaamalla varren venymä. Ultraäänitunnistus on yleisin lähestymistapa, jossa hyödynnetään ultraäänen kaikutaajuuden ja pultin venytyspituuden välistä lineaarista suhdetta venymän ja myötön tilan tarkkaan kvantifioimiseen.

Tällä menetelmällä vältetään vääntömomentin ja kitkan aiheuttamat epäsuorat häiriöt, ja pulttien myötölujuuden yksittäisistä eroista aiheutuvat vain pienet virheet. On huomattava, että ultraäänitaajuuskäyrät eroavat kiristyksen ja löysennyksen aikana; nouseva taajuus esikuormituksen alaisena on alhaisempi kuin vapautumistaajuus löysennyksen aikana, mikä vaatii eriytetyn kalibroinnin.

2.6 Vääntömomentin gradientin ohjausmenetelmä

Vääntömomentin gradientin säätömenetelmä tarkkailee reaaliaikaisia ​​vääntömomentti-kulmakäyrän kaltevuuden muutoksia ohjatakseen tarkasti alkuperäistä esijännitystä ja kohdistaa pultin myöhemmälle aksiaalivoimalle. Sitä käytetään korkeatasoisissa kokoonpanoissa, jotka vaativat minimaalista esijännityksen hajoamista ja maksimaalista materiaalin lujuuden käyttöä.

Sen ohjauslogiikka on samanlainen kuin muovialueen kulman ohjaus, mutta tarjoaa tarkemman myötörajan säädön, mikä vähentää toistuvien plastisten muodonmuutosten aiheuttamaa suorituskyvyn heikkenemistä. Se tarjoaa erinomaisen vakauden perinteisiin muovikiristysmenetelmiin verrattuna.

Haitat: Edellyttää kehittyneitä ja kalliita kiristyslaitteita, joilla on erittäin tarkka prosessikalibrointi ja virheenkorjausvaatimukset.