扭矩法與扭矩轉(zhuǎn)角法比較與分析

于成杰

（山東萊州金泉搖臂有限公司,山東 萊州 261400）

螺紋連接是內(nèi)燃機裝配中至關(guān)重要的技術(shù)手段之一。內(nèi)燃機中大量關(guān)鍵部件的連接需要通過螺紋連接方式實現(xiàn)。因此，對螺栓擰緊過程的控制質(zhì)量直觀重大。結(jié)合以往的實踐工作經(jīng)驗來看，認為：為了使螺紋連接達到滿意的剛性效果，密封性效果，同時具有防松動的優(yōu)勢，其關(guān)鍵在于向連接螺栓施加一個合理的預(yù)緊力。而在對預(yù)緊力進行控制與監(jiān)測的過程當(dāng)中，最常采取的技術(shù)手段有兩種類型：第一是扭矩法控制，第二是扭矩轉(zhuǎn)角法控制。為了能夠在實際工作中選擇精度水平更高，能夠滿足實際運行需求的控制方法，本文嘗試對扭矩法與扭矩轉(zhuǎn)角法做比較，具體研究如下：

1 扭矩控制分析

螺紋，特別是對于需要承受動載荷作用力的重要螺紋而言，進行螺紋連接的根本在于：通過利用螺紋緊固件的方式，實現(xiàn)螺紋與連接體的可靠連接。裝配擰緊的根本則在于：將螺栓的軸向預(yù)緊力控制在合理區(qū)間內(nèi)。

在對軸向預(yù)緊力進行控制的過程當(dāng)中，其上限與下限都應(yīng)當(dāng)有一定的控制標(biāo)準：以上限控制標(biāo)準為例，該取值會受到螺栓以及被連接件強度水平的影響，避免在預(yù)緊中出現(xiàn)拉長、脫扣、疲勞斷裂、以及壓縮破壞等方面的問題；以下限控制標(biāo)準為例，該取值則會受到連接結(jié)構(gòu)的影響，確保在整個擰緊過程當(dāng)中螺紋與連接件能夠始終保持緊密貼合的關(guān)系。

結(jié)合以往的工作經(jīng)驗來看認為螺栓軸向預(yù)緊力取值越高越有利。主要依據(jù)是，預(yù)緊力的提升會使螺栓的抗疲勞性能以及抗松動性能得到改善。因此，實際工作中，應(yīng)當(dāng)通過對扭矩法或扭矩轉(zhuǎn)角法的應(yīng)用，在對材料強度進行充分利用的基礎(chǔ)之上，盡可能的將螺栓擰緊至屈服極限，以保障連接可靠，控制零件尺寸。

2 扭矩法與扭矩轉(zhuǎn)角法精度對比

下圖（見圖1）即為扭矩法與扭矩轉(zhuǎn)角法的控制示意圖。結(jié)合圖1來看，以圖中①、②分別表示2條規(guī)格一致的螺紋連接件所對應(yīng)特性曲線。兩條曲線存在差異的主要因素是：材料因素，熱處理因素，表面粗糙度因素，尺寸精度因素，表面清潔度因素，表面潤滑程度因素，以及墊圈連接因素。兩條特性曲線在統(tǒng)一外加扭矩作用力的影響下產(chǎn)生與之相對應(yīng)的預(yù)緊力，分別對應(yīng)為F①、F②。因此，可以計算所對應(yīng)的預(yù)緊力誤差取值為△F（△F=F①－F②）。

圖1 扭矩法與扭矩轉(zhuǎn)角法控制示意圖

在圖1所示的扭矩轉(zhuǎn)角控制法作用下，①、②兩條特性曲線的含義與扭矩法控制下的特性曲線完全一致?？刂七^程當(dāng)中可以先用貼緊扭矩M0預(yù)擰緊處理，期間所產(chǎn)生的預(yù)緊力誤差取值為△F0，然后以M0（起始扭矩作用力）基礎(chǔ)之上轉(zhuǎn)動α角度，使其能夠與特性曲線①、②分別相交，交點分別為c、d，此期間所形成的預(yù)緊力差值可表示為△Fγ。在本控制方案下，應(yīng)當(dāng)滿足：

該公式下認為：在使用扭矩轉(zhuǎn)角法進行控制的過程當(dāng)中，所誘發(fā)的軸向力散差基本傾向于穩(wěn)定狀態(tài)下，期間所生成的預(yù)緊力差值為△F0。而在使用扭矩法對內(nèi)燃機進行控制的過程當(dāng)中，相對應(yīng)于M1扭矩時產(chǎn)生的預(yù)緊力差值應(yīng)當(dāng)為△F1。認為兩者滿足“△F0＜△F1”。根據(jù)以上分析認為：在一般運行工況下，使用扭矩轉(zhuǎn)角控制法的控制精度明顯高于扭矩控制法控制精度。

3 結(jié)束語

從內(nèi)燃機制造角度上來說，螺紋連接件作為關(guān)鍵性的構(gòu)成要素之一，其連接件的質(zhì)量水平備受各方重視，有關(guān)螺紋連接件的質(zhì)量控制要求也更加的嚴格與具體。研究顯示：合理應(yīng)用新型的擰緊工藝技術(shù)能夠確保螺栓軸向預(yù)緊力分布的合理性，從而達到優(yōu)化螺紋連接件連接效果的目的。在本文對擰緊工藝技術(shù)進行分析的過程當(dāng)中認為：在變形區(qū)間一定的條件下，由于螺栓與被連接體的剛度基本穩(wěn)定，故而應(yīng)用扭矩轉(zhuǎn)角控制法的控制精度明顯高于扭矩控制法控制精度。提示未來實際工作中，可以將扭矩轉(zhuǎn)角控制法作為擰緊工藝的重點發(fā)展方向。

[1]陳亭志.螺栓選型和裝配扭矩的計算方法研究[J].機械工程師,2014(06):77-79.

[2]孫寶章,戴文斌,左運發(fā)等.螺栓擰緊方法分析與應(yīng)用[J].沈陽建筑工程學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2002(04):319-320.

[3]Arlindo Marques.組合軸承轉(zhuǎn)角扭矩法的參數(shù)確定[J].柴油機設(shè)計與制造,2009(02):50-56.

[4]沈明燕,鐘新谷,舒小娟等.箱梁橋豎向預(yù)應(yīng)力張拉工藝與張拉時機的研究[J].施工技術(shù),2007(10):38-40.