Kierrekiinnittimien kiristysmenetelmät

Yksi pulttikokoonpanon tärkeimmistä haasteista on tarkan esijännityksen saavuttaminen sopivilla kiristysmenetelmillä. Epätarkoista kiristysprosesseista johtuva riittämätön esijännitys on yleinen syy pulttiliitoksen epäonnistumiseen. Suunnittelijan tulee tuntea tavanomaisten pulttien kiristystekniikoiden periaatteet ja ominaisuudet. Tässä artikkelissa esitellään järjestelmällisesti kuusi ensisijaista menetelmää pultin esijännityksen ohjaamiseen. On huomattava, että tietty esijännityksen hajonta on väistämätön riippumatta käytetystä kiristysmenetelmästä, joka kuuluu normaaleihin prosessiominaisuuksiin.

Kierteitetyn esikuormituksen ohjaamiseen käytetään laajasti kuutta yleistä menetelmääkiinnikkeet:vääntömomenttiohjattu kiristys, kulmaohjattu kiristys, myötöpisteohjattu kiristys, pultin venytyskiristys, lämpökiristys ja jännitystä osoittava kiristys.

1. Momenttiohjattu kiristys

Momenttiohjattu kiristys on yleisimmin käytetty esijännityksen ohjausmenetelmä teollisissa sovelluksissa. Pulttien asennukseen tarvittava nimelliskiristysmomentti voidaan saada vakiovääntömomenttitaulukoista tai laskea kiristysmomentin ja pultin esijännityksen välisen korrelaation mukaan.

Kiristyksen aikana pultin varsi kestää sekä aksiaalista vetojännitystä että vääntöleikkausjännitystä. Perinteisissä vääntömomentin vertailutaulukoissa ei yleensä oteta huomioon vääntöjännitystä ja oletetaan, että 75 % kokonaisjännityksestä vaikuttaa tehokkaaseen aksiaaliseen jännitykseen. Korkeakitkaisissa olosuhteissa vääntöjännitys kasvaa merkittävästi. Aksiaalisen jännityksen päällekkäin ekvivalenttijännitys voi ylittää materiaalin myötörajan ja johtaa pultin rikkoutumiseen. Suuremman tarkkuuden saavuttamiseksi prosessia ohjataan siten, että yhdistetty ekvivalenttijännitys saavuttaa noin 90 % myötörajasta, mikä varmistaa turvallisen ja luotettavan asennuksen tasapainottamalla aksiaali- ja vääntöjännityksen kytkentää.

Vääntömomenttiohjatut itselukittuvat kiinnikkeet, kutennylon lukkomutterit ja mekaanisia lukkomuttereita käytetään laajalti tärinäalttiissa tilanteissa löystymisen estämiseksi. Nämä kiinnikkeet lisäävät merkittävästi pultin varren vääntöjännitystä kiristyksen aikana ja muuttavat vääntömomentin ja esijännityksen muunnostehokkuutta. Siksi vääntömomenttiarvot on säädettävä vastaavasti parametrien asettamisen aikana.

Vääntömomenttiohjatun kiristyksen suurin rajoitus on, että 85–95 % käytetystä vääntömomentista kuluu kierteen ja laakerin pinnan kitkan voittamiseksi. Pienet vaihtelut kitkaolosuhteissa voivat johtaa merkittäviin esijännityspoikkeamiin. Kitkan stabilointiaineiden lisääminen kiinnikkeisiin voi vähentää kitkan hajaantumista ja parantaa kiristystarkkuutta.

Vakiotoimenpiteet vääntömomentin kiristystarkkuuden parantamiseksi on tiivistetty seuraavasti:

1. Vältä tavallisten litteiden aluslevyjen käyttöä. Aluslevyjen ja kosketuspintojen välinen suhteellinen luisto muuttaa tehollista kitkasädettä ja vääristää vääntömomentin ja esijännityksen suhdetta. Jos pintapaineen vähentämiseksi tarvitaan suurempi laakeripinta-ala, laippapultit ja laippamutterit ovat suositeltavia.

2. Määritä kiristysmomentti todellisen kalibroinnin avulla. Pultin varteen voidaan kiinnittää venymämittarit paikan päällä tapahtuvaa kiristyskalibrointia varten todellisissa asennusolosuhteissa. Pulttien päiden alle asennetut punnituskennot tarjoavat lisämittauksen, mutta ne ovat vähemmän tarkkoja kuin venymämittarit muuttuneiden kosketusominaisuuksien vuoksi.

3. Jos kokeellinen kalibrointi ei ole käytettävissä, laske vakiokiristysmomentti kattavasti kiinnittimen työstötoleranssin, mutterin laakerien mittojen ja lukitusmomentin ominaisuuksien perusteella. Bolt Sciencen kehittämä ammattimainen vääntömomentin laskentaohjelma TORQUE voi suorittaa tarkan laskennan.

4. Määritä kokoonpanopiirustuksiin kiristysmomenttiarvot vakiotoleranssilla ±5 %. Käytä kriittisissä liitoksissa kalibroituja momenttiavaimia ja suorita kokoonpanon jälkeinen vääntömomentin tarkistus.

Erilaiset kiristysmenetelmät johtavat erottuviin esijännityksen hajontatasoihin, joista puhtaalla vääntömomentin säädöllä on suhteellisen suuri poikkeama.

2. Kulmaohjattu kiristys

Kulmaohjattu kiristys, joka tunnetaan myös nimellä mutterin kiertomenetelmä, otettiin käyttöön pian toisen maailmansodan jälkeen manuaaliseen kokoonpanoon, ja se on nyt yhteensopiva voimakiristyslaitteiden kanssa. Prosessi kiristää ensin pultin istukan vääntömomentille ja kiertää sitten mutteria ennalta määrätyssä kulmassa pultin osittaiseen plastiseen muodonmuutokseen. Tämä menetelmä vähentää tehokkaasti myötölujuustoleranssista johtuvaa esijännityksen vaihtelua ja tarjoaa paremman esijännityksen johdonmukaisuuden kuin pelkkä momenttikiristys.

Tärkeimmät haitat ovat vaatimus kiristyskulmien kokeellisesta kalibroinnista (ei yleiskäyttöisiä parametreja) ja rajoitettu uudelleenkäytettävyys. Toistuva kiristys plastisen muodonmuutoksen jälkeen aiheuttaa helposti kiinnittimien väsymisvaurion.

3. Tuotantopisteen ohjattu kiristys

SPS:n kehittämä ja myös yhteisohjausmenetelmänä tunnettu tekniikka tarjoaa yhden korkeimmista esijännitystarkkuudesta. Se minimoi kitkakertoimen vaihtelun vaikutuksen ja saavuttaa erittäin tasaisen pultin esijännityksen.

Tämä menetelmä perustuu kiristystuntuman manuaaliseen arviointiin, ja se ottaa käyttöön erittäin tarkan elektronisen ohjausjärjestelmän, joka kerää reaaliaikaisia ​​vääntömomentti- ja kiertokulmatietoja. Seuraamalla vääntömomenttigradientin kaltevuuden muutosta järjestelmä tunnistaa tarkasti pultin myötörajan ja lopettaa kiristyksen välittömästi ylikuormituksen välttämiseksi.

Parantuneesta vakaudesta huolimatta pientä esijännityksen hajoamista esiintyy edelleen kierteiden kitkan vuoksi. Suurempi kierrekitka lisää vääntöjännitystä ja vähentää aksiaalista esijännitystä saman myötörajan alaisena. Tämä menetelmä havaitsee tarkasti pultin taipumisen jännityksen ja vääntöyhdistelmän vaikutuksesta.

Myötopisteohjattua kiristystä käytetään laajalti kriittisissä komponenteissa, kutensylinterinkannen pultit ja kiertokangen pultit, jotka tarjoavat vakaan suuren esijännityksen ja mahdollistavat optimoidun pulttikoon. Älykkäiden kiristystyökalujen korkea hinta rajoittaa kuitenkin laajaa käyttöä. Luotettavaa erittäin tarkkaa esijännitystä ei voida taata kenttähuollossa ilman vastaavia ammattilaitteita.

4. Pultin venytyskiristys

Halkaisijaltaan suuret pultit vaativat erittäin suuren kiristysmomentin, mikä on vaikeaa tavanomaisille työkaluille. Halkaisijaltaan yli 20 mm:n pulteissa käytetään yleisesti hydraulista venytystä hydraulisten momenttiavainten korvaamiseen, jotta vältetään liiallinen vääntömomentin reaktiovoima ja rajoitettu käyttötila.

Toimintaperiaate: Erillinen hydraulisylinteri on asennettu mutterin päälle. Pultti tai nastan kierre ulottuu kokonaan mutterin läpi ja liitetään venytyslaitteeseen. Hydraulinen paine venyttää pulttia aksiaalisesti elastisen venymän aikaansaamiseksi. Venytyskuormitusta ylläpitäen mutteria pyöritetään manuaalisesti ja lukitaan paikoilleen hylsyn ja momenttitangon avulla.

Tämä menetelmä tarjoaa erittäin korkean esijännityksen tarkkuuden tarkan hydraulipaineen ohjauksen ansiosta. Pieni esijännityshäviö kuitenkin tapahtuu paineen vapautumisen jälkeen elastisen palautumisen vuoksi. Syöpyneiden tai takertuneiden muttereiden purkaminen on edelleen suuri toiminnallinen vaikeus.

5. Lämpökiristys

Lämpökiristys hyödyntää metallin lämpölaajenemisominaisuuksia. Pultti kuumennetaan ja pitkänomainen, ja mutteria pyöritetään ja sijoitetaan. Jäähtymisen aikana pultti yrittää supistua, mutta puristetut komponentit rajoittavat sitä pituussuunnassa, mikä luo vakaan aksiaalisen esijännityksen.

Yleisiä lämmitysmenetelmiä ovat suora liekkilämmitys, lämmitysvaippapatterit ja hiiltä kestävät lämmityselementit. Prosessi on aikaa vievä, ja tarkka jännitysmittaus vaatii täyden jäähdytyksen ympäristön lämpötilaan, mikä johtaa alhaiseen hyötysuhteeseen. Sitä käytetään harvoin yleisellä teollisuudella, ja se soveltuu vain erittäin suurille raskaille pulteille.

6. Kireyden osoittava kiristys

Tämä menetelmä käyttää erityisiä kuormitusta osoittavia kiinnikkeitä, kuormitusta osoittavia aluslevyjä tai muodonmuutosten havaitsemistekniikoita pultin venymän ja esijännityksen epäsuoraan mittaamiseen, ja se kattaa useita erittäin tarkkoja kokoonpanoratkaisuja.

Tyypillisiä kireyden osoittavia pultteja ovat Rotabolt ja HiBolt. Rotaboltissa on keskellä porattu reikä, jossa on sisäinen mittatappi ja pyörivä välysrakenne. Tappi pysyy kuormittamattomana elastisen venytyksen aikana; kun täysi esijännitys on saavutettu, välys katoaa ja pyöriminen lukittuu, mikä osoittaa oikean kiristyksen. HiBolt noudattaa samanlaista periaatetta, jossa pieni pultin kutistuminen puristaa keskitapin heijastamaan jännityksen tilaa.

Kuormituksen osoittavia aluslevyjä käytetään laajalti maa- ja vesirakentamisen teräsrakenteissa. Aluslevyn pinnalla olevat esivalmistetut ulkonemat muuttuvat plastisiksi kuormituksen alaisena. Oikea esijännitys varmistetaan mittaamalla jäännösväli rakotulkilla. Tämän tyyppistä aluslevyä käytetään harvoin tarkkuusmekaanisessa kokoonpanossa.

Pultin venymä voidaan mitata suoraan mikrometreillä tai havaita tarkasti ultraäänitestauksella. Venymäarvot voidaan muuntaa reaaliaikaisiksipulttiesikuormitus kalibroimalla tai laskemalla. Ultraäänimittausta varten pultin pää ja päätypinta vaativat hiontaa optimaalisen akustisen heijastuksen ja testaustarkkuuden varmistamiseksi.