Μέθοδοι σύσφιξης για συνδετήρες με σπείρωμα

Μία από τις βασικές προκλήσεις στη συναρμολόγηση με βίδες είναι η επίτευξη ακριβούς προφόρτισης μέσω κατάλληλων μεθόδων σύσφιξης. Η ανεπαρκής προφόρτιση που προκαλείται από ανακριβείς διαδικασίες σύσφιξης είναι μια κοινή αιτία αστοχίας σύνδεσης μπουλονιών. Οι σχεδιαστές πρέπει να είναι εξοικειωμένοι με τις αρχές και τα χαρακτηριστικά των βασικών τεχνικών σύσφιξης μπουλονιών. Αυτό το άρθρο εισάγει συστηματικά έξι βασικές μεθόδους για τον έλεγχο προφόρτισης μπουλονιών. Πρέπει να σημειωθεί ότι ένας ορισμένος βαθμός διασποράς προφόρτισης είναι αναπόφευκτος ανεξάρτητα από τη μέθοδο σύσφιξης που έχει υιοθετηθεί, η οποία ανήκει στα κανονικά χαρακτηριστικά διεργασίας.

Έξι βασικές μέθοδοι χρησιμοποιούνται ευρέως για τον έλεγχο της προφόρτισης του σπειρώματοςσυνδετήρες:Σφίξιμο με ελεγχόμενη ροπή, σύσφιξη ελεγχόμενη από γωνία, σύσφιξη ελεγχόμενη από το σημείο διαρροής, σύσφιξη τεντώματος μπουλονιών, θερμική σύσφιξη και σύσφιξη ένδειξης τάσης.

1. Σφίξιμο με ελεγχόμενη ροπή

Η σύσφιξη με ελεγχόμενη ροπή είναι η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη μέθοδος ελέγχου προφόρτισης σε βιομηχανικές εφαρμογές. Η ονομαστική ροπή σύσφιξης που απαιτείται για τη συναρμολόγηση του μπουλονιού μπορεί να ληφθεί από τυπικούς πίνακες ροπής ή να υπολογιστεί σύμφωνα με τη συσχέτιση μεταξύ της ροπής σύσφιξης και της προφόρτισης του μπουλονιού.

Κατά τη διάρκεια της σύσφιξης, το στέλεχος του μπουλονιού φέρει τόσο αξονική τάση εφελκυσμού όσο και στρεπτική διατμητική τάση. Οι συμβατικοί πίνακες αναφοράς ροπής γενικά αγνοούν τη στρεπτική τάση και υποθέτουν ότι το 75% της συνολικής τάσης συμβάλλει στην αποτελεσματική αξονική τάση. Υπό συνθήκες υψηλής τριβής, η τάση στρέψης αυξάνεται σημαντικά. Όταν υπερτίθεται με αξονική τάση, η ισοδύναμη τάση μπορεί να υπερβεί την αντοχή διαρροής του υλικού και να οδηγήσει σε αστοχία του μπουλονιού. Για μεγαλύτερη ακρίβεια, η διαδικασία ελέγχεται έτσι ώστε η συνδυασμένη ισοδύναμη τάση να φτάνει περίπου το 90% της αντοχής διαρροής, εξασφαλίζοντας ασφαλή και αξιόπιστη συναρμολόγηση εξισορροπώντας τη σύζευξη αξονικής και στρεπτικής τάσης.

Αυτοασφαλιζόμενοι συνδετήρες με κυριαρχία ροπής όπωςνάιλον παξιμάδια κλειδαριάς και τα μηχανικά παξιμάδια ασφάλισης χρησιμοποιούνται ευρέως σε σενάρια επιρρεπή σε κραδασμούς για την αποφυγή χαλάρωσης. Αυτοί οι σύνδεσμοι αυξάνουν σημαντικά τη στρεπτική τάση στο στέλεχος του μπουλονιού κατά τη διάρκεια της σύσφιξης και μεταβάλλουν την απόδοση μετατροπής ροπής σε προφόρτιση. Επομένως, οι τιμές ροπής πρέπει να προσαρμόζονται ανάλογα κατά τη ρύθμιση παραμέτρων.

Ο κύριος περιορισμός της σύσφιξης με ελεγχόμενη ροπή είναι ότι το 85% έως 95% της εφαρμοζόμενης ροπής καταναλώνεται για να ξεπεραστεί η τριβή του σπειρώματος και της επιφάνειας του ρουλεμάν. Μικρές διακυμάνσεις στις συνθήκες τριβής μπορεί να οδηγήσουν σε σημαντική απόκλιση προφόρτισης. Η εφαρμογή σταθεροποιητών τριβής στους συνδετήρες μπορεί να μειώσει τη διασπορά της τριβής και να βελτιώσει την ακρίβεια σύσφιξης.

Τα τυπικά μέτρα για τη βελτίωση της ακρίβειας σύσφιξης της ροπής συνοψίζονται ως εξής:

1. Αποφύγετε τη χρήση απλών επίπεδων ροδέλες. Η σχετική ολίσθηση μεταξύ των ροδέλες και των επιφανειών επαφής αλλάζει την πραγματική ακτίνα τριβής και παραμορφώνει τη σχέση ροπής-προφόρτισης. Εάν απαιτείται μεγαλύτερη επιφάνεια έδρασης για τη μείωση της επιφανειακής πίεσης, προτιμώνται οι βίδες και τα παξιμάδια φλάντζας.

2. Προσδιορίστε τη ροπή σύσφιξης μέσω της πραγματικής βαθμονόμησης. Στο στέλεχος του μπουλονιού μπορούν να προσαρτηθούν μετρητές τάσης για επιτόπια βαθμονόμηση σύσφιξης υπό πραγματικές συνθήκες συναρμολόγησης. Οι κυψέλες φόρτωσης που είναι εγκατεστημένες κάτω από τις κεφαλές των μπουλονιών παρέχουν βοηθητική μέτρηση, αλλά είναι λιγότερο ακριβείς από τους μετρητές καταπόνησης λόγω αλλαγμένων χαρακτηριστικών επαφής.

3. Όταν η πειραματική βαθμονόμηση δεν είναι διαθέσιμη, υπολογίστε την τυπική ροπή σύσφιξης συνολικά με βάση την ανοχή μηχανικής κατεργασίας συνδετήρων, τις διαστάσεις ρουλεμάν παξιμαδιών και τα χαρακτηριστικά ροπής ασφάλισης. Το επαγγελματικό πρόγραμμα υπολογισμού ροπής TORQUE που αναπτύχθηκε από την Bolt Science μπορεί να πραγματοποιήσει ακριβή υπολογισμό.

4. Καθορίστε τις τιμές ροπής σύσφιξης στα σχέδια συναρμολόγησης με τυπική ανοχή ±5%. Για κρίσιμους αρμούς, χρησιμοποιήστε βαθμονομημένα δυναμόκλειδα και πραγματοποιήστε επαλήθευση ροπής μετά τη συναρμολόγηση.

Διαφορετικές μέθοδοι σύσφιξης έχουν ως αποτέλεσμα διακριτά επίπεδα διασποράς προφόρτισης, μεταξύ των οποίων ο καθαρός έλεγχος ροπής παρουσιάζει σχετικά μεγάλη απόκλιση.

2. Σύσφιξη με ελεγχόμενη γωνία

Η σύσφιξη με ελεγχόμενη γωνία, γνωστή και ως μέθοδος περιστροφής παξιμαδιών, εισήχθη λίγο μετά τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο για χειροκίνητη συναρμολόγηση και είναι πλέον συμβατή με εξοπλισμό σύσφιξης ισχύος. Η διαδικασία πρώτα σφίγγει το μπουλόνι σε μια ροπή έδρασης και στη συνέχεια περιστρέφει το παξιμάδι με μια προκαθορισμένη γωνία για να φέρει το μπουλόνι σε μερική πλαστική παραμόρφωση. Αυτή η μέθοδος μειώνει αποτελεσματικά τις διακυμάνσεις προφόρτισης που προκαλείται από την ανοχή της αντοχής διαρροής και παρέχει καλύτερη συνοχή προφόρτισης από το καθαρό σφίξιμο με ροπή.

Τα κύρια μειονεκτήματα περιλαμβάνουν την απαίτηση για πειραματική βαθμονόμηση των γωνιών σύσφιξης (χωρίς καθολικές εφαρμόσιμες παραμέτρους) και περιορισμένη επαναχρησιμοποίηση. Η επαναλαμβανόμενη σύσφιξη μετά από πλαστική παραμόρφωση προκαλεί εύκολα αστοχία κόπωσης των συνδετήρων.

3. Σφίξιμο ελεγχόμενου σημείου απόδοσης

Αναπτύχθηκε από την SPS και επίσης γνωστή ως μέθοδος κοινού ελέγχου, αυτή η τεχνική προσφέρει μία από τις υψηλότερες ακρίβειες προφόρτισης. Ελαχιστοποιεί την επίδραση της διακύμανσης του συντελεστή τριβής και επιτυγχάνει εξαιρετικά σταθερή προφόρτιση μπουλονιών.

Προερχόμενη από τη χειροκίνητη κρίση της αίσθησης σύσφιξης, αυτή η μέθοδος υιοθετεί ένα ηλεκτρονικό σύστημα ελέγχου υψηλής ακρίβειας για τη συλλογή δεδομένων ροπής και γωνίας περιστροφής σε πραγματικό χρόνο. Παρακολουθώντας τη μεταβολή της κλίσης της κλίσης ροπής, το σύστημα προσδιορίζει με ακρίβεια το σημείο διαρροής του μπουλονιού και τερματίζει αμέσως το σφίξιμο για να αποφευχθεί η υπερφόρτωση.

Παρά τη βελτιωμένη σταθερότητα, εξακολουθεί να υπάρχει μικρή διασπορά προφόρτισης λόγω τριβής του νήματος. Η υψηλότερη τριβή του νήματος αυξάνει τη στρεπτική τάση και μειώνει την αξονική προφόρτιση κάτω από το ίδιο όριο διαρροής. Αυτή η μέθοδος ανιχνεύει με ακρίβεια την υποχώρηση του μπουλονιού υπό τη συνδυασμένη επίδραση τάσης και στρέψης.

Η ελεγχόμενη σύσφιξη με σημείο διαρροής χρησιμοποιείται ευρέως για κρίσιμα εξαρτήματα όπωςμπουλόνια κυλινδροκεφαλής και μπουλόνια μπιέλας, παρέχοντας σταθερή υψηλή προφόρτιση και επιτρέποντας βελτιστοποιημένο μέγεθος μπουλονιών. Ωστόσο, το υψηλό κόστος των ειδικών έξυπνων εργαλείων σύσφιξης περιορίζει την ευρεία εφαρμογή. Δεν είναι εγγυημένη η αξιόπιστη προφόρτιση υψηλής ακρίβειας στη συντήρηση πεδίου χωρίς τον αντίστοιχο επαγγελματικό εξοπλισμό.

4. Σφίξιμο τεντώματος μπουλονιών

Τα μπουλόνια μεγάλης διαμέτρου απαιτούν εξαιρετικά υψηλή ροπή σύσφιξης, κάτι που είναι δύσκολο για τα συμβατικά εργαλεία. Για μπουλόνια διαμέτρου άνω των 20 mm, υιοθετείται συνήθως υδραυλική τάνυση για την αντικατάσταση των υδραυλικών δυναμόκλειδων, αποφεύγοντας την υπερβολική δύναμη αντίδρασης ροπής και τον περιορισμένο χώρο λειτουργίας.

Αρχή λειτουργίας: Ένας ειδικός υδραυλικός κύλινδρος τοποθετείται πάνω από το παξιμάδι. Το μπουλόνι ή το σπείρωμα του μπουλονιού εκτείνεται πλήρως μέσα από το παξιμάδι και συνδέεται με το τεντωτικό εξάρτημα. Η υδραυλική πίεση τεντώνει το μπουλόνι αξονικά για να δημιουργήσει ελαστική επιμήκυνση. Ενώ διατηρείται το φορτίο τάνυσης, το παξιμάδι περιστρέφεται χειροκίνητα και ασφαλίζει στη θέση του χρησιμοποιώντας υποδοχή και ράβδο ροπής.

Αυτή η μέθοδος παρέχει εξαιρετικά υψηλή ακρίβεια προφόρτισης μέσω ακριβούς ελέγχου υδραυλικής πίεσης. Ωστόσο, παρατηρείται μικρή απώλεια προφόρτισης μετά την απελευθέρωση της πίεσης λόγω ελαστικής ανάκαμψης. Η αποσυναρμολόγηση των διαβρωμένων ή δεσμευμένων παξιμαδιών παραμένει μια σημαντική λειτουργική δυσκολία.

5. Θερμική Σύσφιξη

Η θερμική σύσφιξη χρησιμοποιεί τα χαρακτηριστικά θερμικής διαστολής του μετάλλου. Το μπουλόνι θερμαίνεται και επιμηκύνεται και το παξιμάδι περιστρέφεται και τοποθετείται. Κατά τη διάρκεια της ψύξης, το μπουλόνι προσπαθεί να συστέλλεται, αλλά περιορίζεται διαμήκως από τα συσφιγμένα εξαρτήματα, δημιουργώντας σταθερή αξονική προφόρτιση.

Οι συνήθεις μέθοδοι θέρμανσης περιλαμβάνουν την άμεση θέρμανση με φλόγα, τα πηνία μανδύα θέρμανσης και τα θερμαντικά στοιχεία με αντίσταση στον άνθρακα. Η διαδικασία είναι χρονοβόρα και η ακριβής μέτρηση καταπόνησης απαιτεί πλήρη ψύξη σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, με αποτέλεσμα χαμηλή απόδοση. Χρησιμοποιείται σπάνια σε γενικές βιομηχανίες και ισχύει μόνο για εξαιρετικά μεγάλα μπουλόνια βαρέως τύπου.

6. Σύσφιξη με ένδειξη τάσης

Αυτή η μέθοδος υιοθετεί εξειδικευμένους συνδετήρες ένδειξης φορτίου, ροδέλες ένδειξης φορτίου ή τεχνικές ανίχνευσης παραμορφώσεων για τη έμμεση μέτρηση της επιμήκυνσης και της προφόρτισης των μπουλονιών, καλύπτοντας μια ποικιλία λύσεων συναρμολόγησης υψηλής ακρίβειας.

Τα τυπικά μπουλόνια ένδειξης τάσης περιλαμβάνουν τα Rotabolt και HiBolt. Το Rotabolt διαθέτει μια κεντρική τρυπημένη οπή με έναν εσωτερικό πείρο μέτρησης και μια περιστρεφόμενη δομή διάκενου. Ο πείρος παραμένει άφορτος κατά τη διάρκεια της ελαστικής τάνυσης. Μόλις επιτευχθεί η πλήρης προφόρτιση, το διάκενο εξαφανίζεται και η περιστροφή κλειδώνει, υποδεικνύοντας το σωστό σφίξιμο. Το HiBolt υιοθετεί μια παρόμοια αρχή, στην οποία η ελαφριά συρρίκνωση του μπουλονιού σφίγγει τον κεντρικό πείρο για να αντανακλά την κατάσταση τάσης.

Οι ροδέλες ένδειξης φορτίου χρησιμοποιούνται ευρέως σε μεταλλικές κατασκευές πολιτικού μηχανικού. Οι προκατασκευασμένες προεξοχές στην επιφάνεια του πλυντηρίου υφίστανται πλαστική παραμόρφωση υπό φορτίο. Η σωστή προφόρτιση επαληθεύεται μετρώντας το υπολειπόμενο διάκενο με μετρητή αισθητήρα. Αυτός ο τύπος ροδέλας χρησιμοποιείται σπάνια σε μηχανική συναρμολόγηση ακριβείας.

Η επιμήκυνση του μπουλονιού μπορεί να μετρηθεί απευθείας με χρήση μικρομέτρων ή να ανιχνευθεί με ακρίβεια μέσω δοκιμών υπερήχων. Οι τιμές επιμήκυνσης μπορούν να μετατραπούν σε πραγματικό χρόνομπουλόνιπροφόρτιση μέσω βαθμονόμησης ή υπολογισμού. Για μέτρηση με υπερήχους, η κεφαλή του μπουλονιού και η τελική επιφάνεια απαιτούν λείανση για να διασφαλιστεί η βέλτιστη ακουστική ανάκλαση και η ακρίβεια δοκιμής.