汽車行業或(huo)工(gong)(gong)(gong)程(cheng)機(ji)械行業為(wei)滿足大規模、流(liu)水線的(de)生(sheng)產(chan)(chan)方式，通(tong)常交由(you)各個分供方生(sheng)產(chan)(chan)出(chu)子零件(jian)(jian)，再通(tong)過(guo)(guo)焊接(jie)(jie)、 鉚接(jie)(jie)、粘接(jie)(jie)及螺(luo)栓(shuan)連接(jie)(jie)等(deng)方法(fa)將各個子零部件(jian)(jian)組裝(zhuang)的(de)方法(fa) 生(sheng)產(chan)(chan)，其中由(you)于螺(luo)栓(shuan)連接(jie)(jie)設計簡單、零部件(jian)(jian)標準(zhun)化、裝(zhuang)配簡 單效率(lv)高(gao)、可(ke)(ke)拆卸(xie)重裝(zhuang)的(de)特點，得到最廣泛(fan)的(de)應用。螺(luo)栓(shuan)連 接(jie)(jie)一般(ban)是通(tong)過(guo)(guo)預先設定(ding)扭矩進行擰(ning)緊(jin)(jin)控制，由(you)于受到法(fa)蘭 和(he)螺(luo)紋副的(de)摩(mo)擦，約(yue) 90%的(de)扭矩用于克服(fu)摩(mo)擦力(li)，在螺(luo)栓(shuan) 屈服(fu)點前(qian)螺(luo)栓(shuan)能產(chan)(chan)生(sheng)很好的(de)張力(li)夾(jia)緊(jin)(jin)工(gong)(gong)(gong)件(jian)(jian)，但擰(ning)緊(jin)(jin)螺(luo)栓(shuan)的(de) 力(li)并(bing)非設定(ding)的(de)越(yue)大越(yue)好，如果擰(ning)緊(jin)(jin)時超過(guo)(guo)螺(luo)栓(shuan)的(de)屈服(fu)點， 可(ke)(ke)能產(chan)(chan)生(sheng)塑性(xing)變形甚至斷(duan)裂。因(yin)此在對關鍵零部件(jian)(jian)的(de)裝(zhuang)配 擰(ning)緊(jin)(jin)時通(tong)過(guo)(guo)分析夾(jia)緊(jin)(jin)力(li)制定(ding)可(ke)(ke)靠(kao)(kao)的(de)擰(ning)緊(jin)(jin)工(gong)(gong)(gong)藝才能確保連 接(jie)(jie)的(de)可(ke)(ke)靠(kao)(kao)性(xing)。

一、螺栓連接緊固的原理

在(zai)(zai)兩個部件連接(jie)處鉆孔，通過(guo)螺(luo)栓(shuan)連接(jie)起(qi)來，螺(luo)栓(shuan)在(zai)(zai) 擰緊過(guo)程(cheng)中其(qi)實是通過(guo)擰緊力(li)對(dui)螺(luo)栓(shuan)進(jin)行軸向的(de)(de)拉伸，到達扭矩(ju)點后，利(li)用螺(luo)栓(shuan)自(zi)有(you)的(de)(de)張力(li)把兩個零部件緊固起(qi)來。在(zai)(zai)相(xiang)同的(de)(de)條件下，增(zeng)加螺(luo)桿部位(wei)的(de)(de)長(chang)度，可(ke)以使(shi)螺(luo)栓(shuan)更(geng)好的(de)(de)伸長(chang)，以獲得更(geng)大的(de)(de)夾緊力(li)。

需(xu)要注(zhu)意(yi)在螺(luo)(luo)栓(shuan)彈性(xing)變(bian)形的(de)范(fan)圍(wei)內(nei)，扭(niu)矩與(yu)夾(jia)緊(jin)力理論(lun)上呈線性(xing)關系。螺(luo)(luo)栓(shuan)的(de)擰(ning)緊(jin)不(bu)能超過使(shi)用極限，如到達屈服點后(hou)，將喪失(shi)回彈的(de)能力，產(chan)生塑性(xing)變(bian)形，甚至斷裂。隨著螺(luo)(luo)栓(shuan)等級的(de)增(zeng)高，其抗拉強(qiang)度也會增(zeng)高，因此，應根(gen)據屈服的(de)實際情(qing)況確定螺(luo)(luo)栓(shuan)等級以及擰(ning)緊(jin)時所需(xu)要的(de)扭(niu)矩，在發動機內(nei)的(de)關鍵螺(luo)(luo)栓(shuan)，一(yi)般選(xuan)用 12.9 級的(de)螺(luo)(luo)栓(shuan)，以獲得 更高的(de)抗拉強(qiang)度。

使用如(ru)手動(dong)扭(niu)矩(ju)(ju)扳子(zi)、電動(dong)擰(ning)(ning)緊(jin)(jin)槍等(deng)能夠直接測量的(de)(de)(de)(de)出(chu)扭(niu)矩(ju)(ju)，但實際更(geng)需要關心的(de)(de)(de)(de)是夾(jia)(jia)緊(jin)(jin)力(li)，夾(jia)(jia)緊(jin)(jin)力(li)并(bing)不(bu)像施加(jia)的(de)(de)(de)(de)扭(niu)矩(ju)(ju)那么簡(jian)單，同一顆(ke)螺(luo)(luo)(luo)栓(shuan)(shuan)擰(ning)(ning)緊(jin)(jin)過程中(zhong)，產生(sheng)塑性(xing)變(bian)形前(qian)，擰(ning)(ning)緊(jin)(jin)螺(luo)(luo)(luo)栓(shuan)(shuan)使其旋轉(zhuan)的(de)(de)(de)(de)越多，得到(dao)的(de)(de)(de)(de)扭(niu)矩(ju)(ju)越大(da)。但是扭(niu)矩(ju)(ju)增(zeng)加(jia)，夾(jia)(jia)緊(jin)(jin)力(li)并(bing)不(bu)一定(ding)會隨(sui)線(xian)性(xing)增(zeng)長，因為 90%的(de)(de)(de)(de)扭(niu)矩(ju)(ju)被螺(luo)(luo)(luo)栓(shuan)(shuan)與法(fa)蘭(lan)摩(mo)(mo)擦(ca)以及(ji)螺(luo)(luo)(luo)紋副(fu)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)摩(mo)(mo)擦(ca)力(li)給消耗掉，摩(mo)(mo)擦(ca)因素有較大(da)的(de)(de)(de)(de)離散(san)性(xing)。舉(ju)兩個例子(zi)，比如(ru)一顆(ke)螺(luo)(luo)(luo)栓(shuan)(shuan)的(de)(de)(de)(de)螺(luo)(luo)(luo)桿(gan)上有焊渣或(huo)螺(luo)(luo)(luo)紋損壞，擰(ning)(ning)緊(jin)(jin)到(dao)目標(biao)扭(niu)矩(ju)(ju)也許螺(luo)(luo)(luo)栓(shuan)(shuan)并(bing)沒有擰(ning)(ning)到(dao)位(wei)；又如(ru)果在(zai)(zai)擰(ning)(ning)緊(jin)(jin)螺(luo)(luo)(luo)栓(shuan)(shuan)前(qian)，在(zai)(zai)螺(luo)(luo)(luo)紋處涂油，相同扭(niu)矩(ju)(ju)下(xia)減(jian)少摩(mo)(mo)擦(ca)可以獲得更(geng)高(gao)的(de)(de)(de)(de)夾(jia)(jia)緊(jin)(jin)力(li)。因此，更(geng)高(gao)的(de)(de)(de)(de)夾(jia)(jia)緊(jin)(jin)力(li)要求，除了前(qian)述(shu)的(de)(de)(de)(de)扭(niu)矩(ju)(ju)法(fa)擰(ning)(ning)緊(jin)(jin)，可以采用扭(niu)矩(ju)(ju)控制(zhi)和角(jiao)度監(jian)控，或(huo)轉(zhuan)角(jiao)法(fa)擰(ning)(ning)緊(jin)(jin)等(deng)高(gao)級(ji)擰(ning)(ning)緊(jin)(jin)工藝。

二、超聲波夾緊力測量方法

通過超(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)測(ce)(ce)(ce)量(liang)分(fen)析儀可(ke)(ke)以(yi)大大減化夾(jia)緊力測(ce)(ce)(ce)量(liang)分(fen)析的流程，測(ce)(ce)(ce)量(liang)設備由脈沖發生器、溫度傳感器、測(ce)(ce)(ce)量(liang)分(fen)析軟件及超(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)拾(shi)取傳感器和線纜等組成(cheng)，軸(zhou)向載荷與螺栓擰緊時的伸長量(liang)成(cheng)正比關(guan)系，利于超(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)在螺栓介(jie)質中(zhong)沿軸(zhou)力方向傳播(bo)時間(jian)差，就可(ke)(ke)以(yi)依據軸(zhou)向變形及其(qi)對應(ying)的關(guan)系來測(ce)(ce)(ce)算夾(jia)緊力了，可(ke)(ke)大大提高測(ce)(ce)(ce)量(liang)精度，其(qi)主要步驟為：

①確定螺(luo)栓(shuan)預緊(jin)力與(yu)伸(shen)長量(liang)的(de)關(guan)系：為減少變差，試驗(yan)的(de)螺(luo)栓(shuan)應與(yu)測(ce)量(liang)夾(jia)緊(jin)力時的(de)螺(luo)栓(shuan)來(lai)源于同一批(pi)次。將螺(luo)栓(shuan)裝配在(zai)標(biao)定工裝上，設置好螺(luo)栓(shuan)等(deng)級、螺(luo)栓(shuan)規(gui)格、總長度、夾(jia)持(chi)長度等(deng)信息后(hou)、施加扭矩過程中通過測(ce)量(liang)儀獲取預緊(jin)力與(yu)伸(shen)長量(liang)的(de)關(guan)系，生成標(biao)定文件。

②螺(luo)栓的初(chu)始長度標定：在測量(liang)夾緊力前(qian)，對準備分析的螺(luo)栓進行(xing)初(chu)始長度標定，將聲波拾取傳感(gan)器貼在螺(luo)栓頂部，使用測量(liang)儀(yi)進行(xing)初(chu)始長度波紋的拾取。

③夾(jia)緊力(li)測(ce)量與分析(xi)：按(an)照(zhao)設定的(de)工藝(yi)裝配零(ling)件后(hou)擰緊螺(luo)(luo)栓(shuan)，清潔樣品表面，將(jiang)聲(sheng)波拾取(qu)傳感器連接到螺(luo)(luo)栓(shuan)貼片上(shang)，測(ce)量儀發(fa)射超聲(sheng)波信號，依據(ju)反射波紋和時間(jian)，結合螺(luo)(luo)栓(shuan)的(de)初始長度，測(ce)算(suan)出螺(luo)(luo)栓(shuan)在擰緊后(hou)的(de)伸(shen)長量，并依據(ju)標定文件的(de)關系最終確定夾(jia)緊力(li)的(de)大小(xiao)。

④夾(jia)緊(jin)力分(fen)(fen)(fen)析的(de)(de)(de)(de)質量控(kong)制：使用超聲波分(fen)(fen)(fen)析時(shi)，環境溫度(du)因(yin)保持在(zai)恒定狀態，螺栓的(de)(de)(de)(de)頂部和底部必須(xu)使用磨削加(jia)工等方式獲得足(zu)夠(gou)的(de)(de)(de)(de)平行(xing)的(de)(de)(de)(de)光滑平面，以利(li)于超聲波的(de)(de)(de)(de)反射，獲得更精準(zhun)的(de)(de)(de)(de)結(jie)果(guo)。在(zai)研究(jiu)時(shi)應使用更多(duo)的(de)(de)(de)(de)樣本進行(xing)測量，并對(dui)測量結(jie)果(guo)實時(shi)分(fen)(fen)(fen)析，出現異常值時(shi)要(yao)采取(qu)多(duo)重(zhong)驗(yan)證消除測量誤差，依據(ju)統計學原理，樣本量至少需(xu)要(yao)大于 30，數據(ju)將服從(cong)或近(jin)似服從(cong)正態分(fen)(fen)(fen)布。