Metode de strângere pentru elementele de fixare filetate

Una dintre provocările cheie în asamblarea cu șuruburi este obținerea preîncărcării precise prin metode de strângere adecvate. Preîncărcarea insuficientă cauzată de procesele de strângere incorecte este o cauză comună a eșecului conexiunii șuruburilor. Designerii trebuie să fie familiarizați cu principiile și caracteristicile tehnicilor obișnuite de strângere a șuruburilor. Acest articol introduce în mod sistematic șase metode principale pentru controlul preîncărcării șuruburilor. Trebuie remarcat faptul că un anumit grad de împrăștiere de preîncărcare este inevitabil indiferent de metoda de strângere adoptată, care aparține caracteristicilor normale ale procesului.

Șase metode principale sunt utilizate pe scară largă pentru a controla preîncărcarea filetuluielemente de fixare:strângere cu cuplu controlat, strângere cu unghi controlat, strângere controlată cu limita de curgere, strângere cu întindere a șuruburilor, strângere termică și strângere cu indicație de tensiune.

1. Strângere controlată de cuplu

Strângerea controlată cu cuplu este cea mai frecvent utilizată metodă de control al preîncărcării în aplicațiile industriale. Cuplul de strângere nominal necesar pentru asamblarea șuruburilor poate fi obținut din tabelele standard de cuplu sau calculat în funcție de corelația dintre cuplul de strângere și preîncărcarea șurubului.

În timpul strângerii, tija șurubului suportă atât efortul de tracțiune axial, cât și efortul de forfecare la torsiune. Tabelele convenționale de referință la cuplu ignoră în general solicitarea de torsiune și presupune că 75% din solicitarea totală contribuie la tensiunea axială eficientă. În condiții de frecare ridicată, tensiunea de torsiune crește semnificativ. Când este suprapusă cu efort axial, tensiunea echivalentă poate depăși limita de curgere a materialului și poate duce la ruperea șuruburilor. Pentru o precizie mai mare, procesul este controlat astfel încât solicitarea echivalentă combinată să atingă aproximativ 90% din limita de curgere, asigurând o asamblare sigură și fiabilă prin echilibrarea cuplajului axial și de torsiune.

Elemente de fixare cu autoblocare dominate de cuplu, cum ar fipiulițe de blocare din nailon și piulițele de blocare mecanice sunt utilizate pe scară largă în scenariile predispuse la vibrații pentru a preveni slăbirea. Aceste elemente de fixare cresc semnificativ solicitarea de torsiune din tija șurubului în timpul strângerii și modifică eficiența conversiei cuplului în preîncărcare. Prin urmare, valorile cuplului trebuie ajustate corespunzător în timpul setării parametrilor.

Limitarea majoră a strângerii controlate cu cuplu este că 85% până la 95% din cuplul aplicat este consumat pentru a depăși frecarea filetului și a suprafeței rulmentului. Variațiile minore ale condițiilor de frecare pot duce la abateri substanțiale de preîncărcare. Aplicarea stabilizatorilor de frecare pe elemente de fixare poate reduce dispersia frecării și poate îmbunătăți precizia de strângere.

Măsurile standard pentru îmbunătățirea preciziei cuplului de strângere sunt rezumate după cum urmează:

1. Evitați utilizarea șaibelor plate simple. Alunecarea relativă între șaibe și suprafețele de contact modifică raza efectivă de frecare și distorsionează relația cuplu-preîncărcare. Dacă este necesară o suprafață de rulment mai mare pentru a reduce presiunea la suprafață, sunt de preferat șuruburile și piulițele cu flanșă.

2. Determinați cuplul de strângere prin calibrarea efectivă. Tensometrele pot fi atașate la tija șurubului pentru calibrarea strângerii la fața locului în condiții reale de asamblare. Celulele de sarcină instalate sub capetele șuruburilor oferă măsurători auxiliare, dar sunt mai puțin precise decât extensometrele datorită caracteristicilor de contact modificate.

3. Când calibrarea experimentală nu este disponibilă, calculați cuplul de strângere standard în mod cuprinzător, pe baza toleranței de prelucrare a elementelor de fixare, a dimensiunilor lagărelor piuliței și a caracteristicilor cuplului de blocare. Programul profesional de calcul al cuplului TORQUE dezvoltat de Bolt Science poate realiza calcule precise.

4. Specificați valorile cuplului de strângere pe desenele de ansamblu cu o toleranță standard de ±5%. Pentru îmbinările critice, utilizați chei dinamometrice calibrate și efectuați verificarea cuplului după asamblare.

Diferite metode de strângere au ca rezultat niveluri distincte de dispersie de preîncărcare, printre care controlul pur al cuplului prezintă o abatere relativ mare.

2. Strângere controlată în unghi

Strângerea controlată în unghi, cunoscută și ca metoda de rotație a piulițelor, a fost introdusă la scurt timp după al Doilea Război Mondial pentru asamblarea manuală și este acum compatibilă cu echipamentele de strângere cu putere. Procesul strânge mai întâi șurubul la un cuplu de așezare și apoi rotește piulița cu un unghi predeterminat pentru a aduce șurubul într-o deformare plastică parțială. Această metodă reduce efectiv fluctuația de preîncărcare cauzată de toleranța limitei de curgere și oferă o mai bună consistență a preîncărcării decât strângerea cu cuplu pur.

Principalele dezavantaje includ cerința pentru calibrarea experimentală a unghiurilor de strângere (fără parametri universali aplicabili) și reutilizarea limitată. Strângerea repetată după deformarea plastică provoacă cu ușurință defectarea prin oboseală a elementelor de fixare.

3. Strângere controlată la punctul de curgere

Dezvoltată de SPS și cunoscută și ca metoda de control comun, această tehnică oferă una dintre cele mai mari precizii de preîncărcare. Minimizează influența variației coeficientului de frecare și realizează o preîncărcare foarte consistentă a șuruburilor.

Derivată din evaluarea manuală a senzației de strângere, această metodă adoptă un sistem de control electronic de înaltă precizie pentru a colecta date în timp real privind cuplul și unghiul de rotație. Prin monitorizarea modificării pantei gradientului de cuplu, sistemul identifică cu precizie punctul de curgere a șuruburilor și încetează imediat strângerea pentru a evita supraîncărcarea.

În ciuda stabilității îmbunătățite, împrăștierea de preîncărcare minoră există încă din cauza frecării filetului. Frecarea mai mare a filetului crește solicitarea de torsiune și reduce presarcina axială sub același prag de curgere. Această metodă detectează cu exactitate cedarea șuruburilor sub efectul combinat al tensiunii și torsii.

Strângerea controlată la limita de curgere este utilizată pe scară largă pentru componente critice, cum ar fisuruburile chiulasei și șuruburi de biela, oferind preîncărcare stabilă ridicată și permițând dimensionarea optimizată a șuruburilor. Cu toate acestea, costul ridicat al instrumentelor de strângere inteligente dedicate limitează aplicarea pe scară largă. Preîncărcarea fiabilă de înaltă precizie nu poate fi garantată în întreținerea pe teren fără echipament profesional potrivit.

4. Strângere de întindere a șuruburilor

Șuruburile cu diametru mare necesită un cuplu de strângere extrem de mare, ceea ce este dificil pentru uneltele convenționale. Pentru șuruburile cu diametrul de peste 20 mm, întinderea hidraulică este în mod obișnuit adoptată pentru a înlocui cheile dinamometrice hidraulice, evitând forța de reacție excesivă a cuplului și spațiul de operare limitat.

Principiul de funcționare: Peste piuliță este montat un cilindru hidraulic dedicat. Filetul șurubului sau știftului se extinde complet prin piuliță și se conectează la dispozitivul de întindere. Presiunea hidraulică întinde șurubul axial pentru a produce o alungire elastică. În timp ce se menține sarcina de întindere, piulița este rotită manual și blocată pe loc folosind o priză și o bară de cuplu.

Această metodă oferă o precizie de preîncărcare extrem de ridicată prin controlul precis al presiunii hidraulice. Cu toate acestea, o pierdere minoră de preîncărcare are loc după eliberarea presiunii din cauza revenirii elastice. Demontarea piulițelor corodate sau gripate rămâne o dificultate operațională majoră.

5. Strângere termică

Strângerea termică utilizează caracteristicile de dilatare termică ale metalului. Șurubul este încălzit și alungit, iar piulița este rotită și poziționată. În timpul răcirii, șurubul încearcă să se contracte, dar este constrâns longitudinal de componentele prinse, generând preîncărcare axială stabilă.

Metodele obișnuite de încălzire includ încălzirea directă cu flacără, bobinele de manta de încălzire și elementele de încălzire cu rezistență la carbon. Procesul necesită mult timp, iar măsurarea precisă a deformarii necesită răcire completă la temperatura ambiantă, ceea ce duce la o eficiență scăzută. Este rar folosit în industriile generale și este aplicabil numai pentru șuruburi foarte mari și rezistente.

6. Strângere indicată de tensiune

Această metodă adoptă elemente de fixare specializate care indică sarcina, șaibe indicatoare de sarcină sau tehnici de detectare a deformării pentru a măsura indirect alungirea și preîncărcarea șuruburilor, acoperind o varietate de soluții de asamblare de înaltă precizie.

Șuruburile tipice care indică tensiunea includ Rotabolt și HiBolt. Rotabolt are o gaură centrală cu un știft de măsurare intern și o structură de degajare rotativă. Știftul rămâne descărcat în timpul întinderii elastice; odată ce preîncărcarea completă este atinsă, jocul dispare și rotația este blocată, indicând strângerea corectă. HiBolt adoptă un principiu similar, în care o ușoară contracție a șurubului prinde știftul central pentru a reflecta starea de tensiune.

Șaibe indicatoare de sarcină sunt utilizate pe scară largă în structurile din oțel de inginerie civilă. Proeminențele prefabricate de pe suprafața spălării suferă deformații plastice sub sarcină. Preîncărcarea corectă este verificată prin măsurarea decalajului rezidual cu un calibre. Acest tip de spălătorie este rar folosit în asamblarea mecanică de precizie.

Alungirea șuruburilor poate fi măsurată direct folosind micrometre sau detectată cu precizie prin testare cu ultrasunete. Valorile de alungire pot fi convertite în timp realșurubpreîncărcare prin calibrare sau calcul. Pentru măsurarea cu ultrasunete, capul șurubului și suprafața de capăt necesită șlefuire pentru a asigura reflexia acustică optimă și acuratețea testării.