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紧固件螺栓断裂轮胎飞出主因(拧紧力矩不合格)

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  供配电在汽车事故中,其中有一项事故为紧固件螺栓断裂导致轮胎飞出,也就是我们常说的爆胎。这样的事故其实并不少见,为什么会导致汽车轮胎爆胎呢?今天我们大家就来一起查看一下真正的“凶手”是谁。

根据市场数次发生轮胎螺栓断裂事件的调查,得知导致汽车轮胎爆胎的主要原因是装配时拧紧力矩不合格。这到底是怎么一回事呢?中华根据对紧固件知识的了解,带大家首先了解下螺纹拧紧原理及拧紧力矩的控制方法。

一、紧固件螺纹拧紧原理

紧固件螺纹拧紧原理中主要包括六个要点为:螺纹原理、螺纹拧紧、螺纹紧固件中的受力情况、拧紧力矩和紧固轴力的关系、影响预紧力因素和紧固件拧紧的实质。

1、螺纹原理

看上图所示,以倾斜角β的线,围绕圆柱或圆锥运动时,圆柱或圆锥上就形成了螺旋线。沿着螺旋线产生的沟漕和突起物就是螺纹。圆柱的外侧螺纹叫外螺纹。圆柱的内侧螺纹叫内螺纹。螺纹是内、外一组同时使用的。

1)螺纹主要参数

螺距P:相连两个螺纹顶尖的距离。

导距L:螺纹旋转一周时,螺纹上一点沿轴线方向前进的距离。

注:一条螺旋线产生的螺纹叫单头螺纹,螺距与导距相等。

两条或两条以上的等间隔的螺旋线产生的螺纹叫多头螺纹。导距=n*螺距。

2)螺纹有效直径:

2、螺纹拧紧

拧紧是用螺栓、螺母把零件连接起来,不能松动。为了不让其松动,必须在螺栓.上施加一个叫“轴向力”的适当拉力(拧紧力)。

实际作业中,因为直接测量轴向力困难,所以螺栓、螺母拧紧时,用“扭矩”代替。

3、螺纹紧固件中的受力情况

 

注:拧紧的作用——部件连接夹紧力

螺纹紧固件受力分析:

 

这必须避免!

所施加的扭矩和夹紧力之间的关系:10%

当对螺母施加力时,将产生力矩:T=F*r

拧紧力矩的组成:

1)支承面摩擦力矩Tw

2)螺纹副摩擦力矩Ts

T=Ts+ Tw

注:轴向力所产生的力矩为零。

4、拧紧力矩和紧固件轴力的关系

紧固轴力Ff(预紧力)的计算:

其中,K:扭矩系数,与支承面粗糙度和润滑情况、螺纹副精度和润滑情况等有关。

5、影响预紧力(夹紧力)的因素

在采用同一扭矩紧固时:

I、摩擦系数上升,K值变大,则预紧力Ff不足。

II、摩擦系数下降,K值变小,则预紧力Ff增大,可导致螺纹连接破坏失效。

注:螺纹的摩擦性能主要取决于:螺栓材质、制造精度、表面处理、实际装配工艺条件等。

6、紧固件拧紧的实质

控制螺纹紧固轴力(预紧力) ,保证被连接件所需的夹紧力。

1)夹紧力需适中:

I、过小夹不紧,被连接件容易松动;

II、过大夹过紧,被连接件容易损伤,同时,也容易造成螺纹件的损坏。

注:螺纹连接的可靠性主要取决于螺栓的轴向夹紧力,夹紧力通常只能通过控制拧紧扭矩或转角来实现。

2)轴向预紧力的确定

I、轴向预紧力下限值:由连接结构的功能决定,此值必须保证被联接件在工作过程中始终可靠贴合;

II、轴向预紧力上限值:由螺栓(螺母)和被连接件的强度决定,此值必须保证螺栓及被联接件在预紧和服役过程中不发生破坏。(如:螺栓拉长、拧断、脱扣、被联接件压陷/破裂等)

3)螺栓连接件的特性

4)紧固件扭矩目标值确定

①、确定被联接件的夹紧力→得出预紧力Ff

②、预紧力Ff→螺纹选型(50-60%屈服预紧力)

③、通过试验,测其表面及螺纹副状况下K值

④、根据公式计算目标扭矩: Tf = K  Ff  d

5)螺纹拧紧质量的表现

目前,对螺纹的拧紧质量公司内主要通过Cp值及Cpk值体现。

建议:通过合格率体现(上/下控制线)。

力矩判断:确保下限值,上限不得超出10-15%。

二、拧紧力矩控制方法

拧紧力矩控制方法主要有五种分别为:扭矩直接控制法、扭矩控制-转角监控法、扭矩+角度控制法、屈服点控制法和螺栓长度法

1、扭矩直接控制法

利用扭矩值与预紧力的线性关系,只对紧固扭矩(T)进行控制,操作简便。

注:扭矩控制法受扭矩系数影响较大,90%以上用于克服摩擦力,精度很低,一般使用在非关键部位。

扭矩控制——工具

1)小扭矩(≤12Nm):一般采用电动枪或气动扭力螺丝刀。

2)大扭矩

I、风动定扭枪:(传感断气式、油压脉冲、机械离合式-克服反作用力) 等;

II、风动非定扭枪+喀哒扳手。

2、扭矩控制一转角监控法

在采用扭矩控制的同时,用紧固转角θf作为指标对预紧力进行监控的控制方法。

I、20% N扭矩设定转角控制的起始点;

II、从起始点计算转角,同时记录扭矩。

注:该方法装配精度高,可控制在5%以内,一般用于较高的装配部位,抗松动、抗疲劳性能较佳,为拧紧装配工艺的发展方向。

注:扭矩控制发的一种辅助监控

3、扭矩+角度控制法

分步拧紧,先采用扭矩控制,再采用紧固转角θf进行控制的方法。

注:一般用在拧紧要求特别高的部位(高强度螺栓)。

扭矩、角度控制一工具:采用电控装置的电动螺母拧紧机。

I、单个螺母:单轴拧紧机(须克服反作用力);

II、 组合螺母:多轴拧紧机。

4、屈服点控制法

1)拧紧系统先将螺栓拧至一起始力矩(50%),然后系统不断计算扭矩/转角斜率,当螺栓材料达到屈服点(扭矩不再增加,而角度增加很快)斜率急剧下降,则系统发出控制信号。

2)得到信息后,系统略微停顿,再转10°左右。

注:该方法具有可最大限度地利用螺栓强度的优点,同时,对螺栓自身的屈服强度及抗拉强度有严格的要求。(适用: 塑性区域)

例:连接和软连接


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