汽車行業或工程機械行業為滿足(zu)大(da)(da)規模、流(liu)水線(xian)的(de)(de)生產(chan)(chan)方式，通(tong)常(chang)交由各(ge)個分(fen)(fen)供(gong)方生產(chan)(chan)出子零(ling)(ling)件(jian)，再通(tong)過焊接、 鉚接、粘接及螺栓連(lian)接等方法將各(ge)個子零(ling)(ling)部件(jian)組裝的(de)(de)方法 生產(chan)(chan)，其中由于螺栓連(lian)接設(she)計簡(jian)單、零(ling)(ling)部件(jian)標準化(hua)、裝配簡(jian) 單效率高、可拆卸重裝的(de)(de)特點(dian)，得到最廣泛(fan)的(de)(de)應(ying)用。螺栓連(lian) 接一般是(shi)通(tong)過預先設(she)定扭(niu)矩進行擰(ning)(ning)緊(jin)(jin)控制，由于受到法蘭 和(he)螺紋副的(de)(de)摩(mo)擦，約 90%的(de)(de)扭(niu)矩用于克(ke)服摩(mo)擦力(li)(li)，在螺栓 屈(qu)服點(dian)前(qian)螺栓能(neng)產(chan)(chan)生很好的(de)(de)張力(li)(li)夾緊(jin)(jin)工件(jian)，但(dan)擰(ning)(ning)緊(jin)(jin)螺栓的(de)(de) 力(li)(li)并非設(she)定的(de)(de)越(yue)大(da)(da)越(yue)好，如果擰(ning)(ning)緊(jin)(jin)時(shi)超過螺栓的(de)(de)屈(qu)服點(dian)， 可能(neng)產(chan)(chan)生塑性(xing)變形甚至斷裂(lie)。因此在對關鍵(jian)零(ling)(ling)部件(jian)的(de)(de)裝配 擰(ning)(ning)緊(jin)(jin)時(shi)通(tong)過分(fen)(fen)析夾緊(jin)(jin)力(li)(li)制定可靠(kao)的(de)(de)擰(ning)(ning)緊(jin)(jin)工藝才(cai)能(neng)確保連(lian) 接的(de)(de)可靠(kao)性(xing)。

一、螺栓連接緊固的原理

在兩個部件連(lian)接處鉆孔，通過螺栓連(lian)接起(qi)(qi)來(lai)，螺栓在 擰(ning)緊過程(cheng)中其實是(shi)通過擰(ning)緊力對(dui)螺栓進(jin)行(xing)軸向的(de)(de)拉伸，到(dao)達扭矩點后，利用螺栓自有的(de)(de)張力把兩個零部件緊固起(qi)(qi)來(lai)。在相同的(de)(de)條件下，增加螺桿部位的(de)(de)長度，可以使螺栓更好(hao)的(de)(de)伸長，以獲(huo)得更大的(de)(de)夾緊力。

需要(yao)注意在螺(luo)栓(shuan)彈性(xing)變(bian)形(xing)的(de)范圍(wei)內(nei)，扭矩與(yu)夾緊(jin)(jin)力(li)(li)理論上呈線性(xing)關系。螺(luo)栓(shuan)的(de)擰緊(jin)(jin)不能超過使用極(ji)限，如(ru)到達屈(qu)服點后(hou)，將喪失回彈的(de)能力(li)(li)，產生塑性(xing)變(bian)形(xing)，甚至斷裂。隨著螺(luo)栓(shuan)等級的(de)增(zeng)(zeng)高(gao)，其抗(kang)拉強度也會增(zeng)(zeng)高(gao)，因此，應根(gen)據屈(qu)服的(de)實際情(qing)況確(que)定(ding)螺(luo)栓(shuan)等級以及(ji)擰緊(jin)(jin)時所需要(yao)的(de)扭矩，在發(fa)動(dong)機(ji)內(nei)的(de)關鍵螺(luo)栓(shuan)，一般選用 12.9 級的(de)螺(luo)栓(shuan)，以獲得(de) 更高(gao)的(de)抗(kang)拉強度。

使(shi)用(yong)如(ru)(ru)手動扭(niu)矩(ju)扳子(zi)、電動擰(ning)(ning)緊(jin)(jin)(jin)槍等能夠(gou)直接測量的(de)(de)出(chu)扭(niu)矩(ju)，但實際更需要(yao)關(guan)心的(de)(de)是夾(jia)緊(jin)(jin)(jin)力，夾(jia)緊(jin)(jin)(jin)力并不像(xiang)施(shi)加(jia)的(de)(de)扭(niu)矩(ju)那么(me)簡單，同一顆螺(luo)(luo)(luo)(luo)(luo)(luo)栓(shuan)擰(ning)(ning)緊(jin)(jin)(jin)過程中，產生塑性(xing)變形前(qian)，擰(ning)(ning)緊(jin)(jin)(jin)螺(luo)(luo)(luo)(luo)(luo)(luo)栓(shuan)使(shi)其旋轉(zhuan)的(de)(de)越多，得(de)到(dao)的(de)(de)扭(niu)矩(ju)越大。但是扭(niu)矩(ju)增加(jia)，夾(jia)緊(jin)(jin)(jin)力并不一定會(hui)隨線性(xing)增長(chang)，因為 90%的(de)(de)扭(niu)矩(ju)被螺(luo)(luo)(luo)(luo)(luo)(luo)栓(shuan)與法(fa)(fa)蘭(lan)摩擦以及螺(luo)(luo)(luo)(luo)(luo)(luo)紋(wen)副中的(de)(de)摩擦力給消耗掉，摩擦因素(su)有(you)較大的(de)(de)離散(san)性(xing)。舉兩個例子(zi)，比如(ru)(ru)一顆螺(luo)(luo)(luo)(luo)(luo)(luo)栓(shuan)的(de)(de)螺(luo)(luo)(luo)(luo)(luo)(luo)桿上有(you)焊渣或(huo)(huo)螺(luo)(luo)(luo)(luo)(luo)(luo)紋(wen)損壞，擰(ning)(ning)緊(jin)(jin)(jin)到(dao)目標扭(niu)矩(ju)也許螺(luo)(luo)(luo)(luo)(luo)(luo)栓(shuan)并沒(mei)有(you)擰(ning)(ning)到(dao)位；又如(ru)(ru)果在擰(ning)(ning)緊(jin)(jin)(jin)螺(luo)(luo)(luo)(luo)(luo)(luo)栓(shuan)前(qian)，在螺(luo)(luo)(luo)(luo)(luo)(luo)紋(wen)處涂(tu)油，相(xiang)同扭(niu)矩(ju)下減少摩擦可以獲得(de)更高的(de)(de)夾(jia)緊(jin)(jin)(jin)力。因此(ci)，更高的(de)(de)夾(jia)緊(jin)(jin)(jin)力要(yao)求，除了前(qian)述(shu)的(de)(de)扭(niu)矩(ju)法(fa)(fa)擰(ning)(ning)緊(jin)(jin)(jin)，可以采用(yong)扭(niu)矩(ju)控制和角度監控，或(huo)(huo)轉(zhuan)角法(fa)(fa)擰(ning)(ning)緊(jin)(jin)(jin)等高級(ji)擰(ning)(ning)緊(jin)(jin)(jin)工藝。

二、超聲波夾緊力測量方法

通過超(chao)聲波(bo)測量分(fen)析(xi)儀可以大大減化夾(jia)緊力(li)測量分(fen)析(xi)的流程，測量設備由脈沖(chong)發生器(qi)(qi)、溫度(du)傳感器(qi)(qi)、測量分(fen)析(xi)軟件及(ji)超(chao)聲波(bo)拾(shi)取傳感器(qi)(qi)和線纜等組成(cheng)，軸(zhou)(zhou)向(xiang)載荷(he)與(yu)螺栓擰緊時(shi)(shi)的伸長量成(cheng)正比關系，利(li)于超(chao)聲波(bo)在螺栓介質(zhi)中沿軸(zhou)(zhou)力(li)方向(xiang)傳播時(shi)(shi)間差(cha)，就可以依據軸(zhou)(zhou)向(xiang)變形及(ji)其(qi)對應的關系來測算夾(jia)緊力(li)了(le)，可大大提高測量精度(du)，其(qi)主(zhu)要步驟為：

①確定(ding)(ding)螺栓(shuan)(shuan)(shuan)預緊(jin)力與伸(shen)長量的(de)關系：為減(jian)少變差，試(shi)驗的(de)螺栓(shuan)(shuan)(shuan)應與測量夾(jia)緊(jin)力時的(de)螺栓(shuan)(shuan)(shuan)來(lai)源于同一(yi)批次。將螺栓(shuan)(shuan)(shuan)裝(zhuang)配在標定(ding)(ding)工裝(zhuang)上，設置好螺栓(shuan)(shuan)(shuan)等級、螺栓(shuan)(shuan)(shuan)規格、總長度(du)、夾(jia)持(chi)長度(du)等信(xin)息后、施加扭(niu)矩過程(cheng)中通過測量儀獲取預緊(jin)力與伸(shen)長量的(de)關系，生成標定(ding)(ding)文件。

②螺栓(shuan)的(de)(de)初始(shi)長(chang)(chang)度(du)標定：在(zai)測量(liang)(liang)夾緊力前，對準備分析的(de)(de)螺栓(shuan)進(jin)行初始(shi)長(chang)(chang)度(du)標定，將(jiang)聲波(bo)拾取(qu)傳感器貼在(zai)螺栓(shuan)頂部(bu)，使用測量(liang)(liang)儀(yi)進(jin)行初始(shi)長(chang)(chang)度(du)波(bo)紋的(de)(de)拾取(qu)。

③夾(jia)緊力測(ce)(ce)量(liang)(liang)與分析(xi)：按照設(she)定(ding)的(de)工藝(yi)裝(zhuang)配(pei)零件后擰(ning)緊螺(luo)栓，清(qing)潔樣品表面，將聲(sheng)波拾(shi)取傳感器連(lian)接到螺(luo)栓貼片(pian)上，測(ce)(ce)量(liang)(liang)儀(yi)發射超聲(sheng)波信號，依據反(fan)射波紋和時間(jian)，結合螺(luo)栓的(de)初始長(chang)度，測(ce)(ce)算出(chu)螺(luo)栓在擰(ning)緊后的(de)伸長(chang)量(liang)(liang)，并(bing)依據標(biao)定(ding)文件的(de)關系最(zui)終確定(ding)夾(jia)緊力的(de)大小(xiao)。

④夾緊力(li)分(fen)析(xi)(xi)的(de)質量控制：使用(yong)超(chao)(chao)聲波分(fen)析(xi)(xi)時，環境(jing)溫度因(yin)保持(chi)在恒定(ding)狀態，螺栓的(de)頂部(bu)和底部(bu)必(bi)須使用(yong)磨削加工等方(fang)式獲得足夠的(de)平(ping)行(xing)的(de)光滑平(ping)面，以利于超(chao)(chao)聲波的(de)反射(she)，獲得更(geng)精準的(de)結(jie)果。在研究(jiu)時應使用(yong)更(geng)多(duo)的(de)樣本(ben)進行(xing)測(ce)(ce)量，并對測(ce)(ce)量結(jie)果實(shi)時分(fen)析(xi)(xi)，出現異(yi)常值時要(yao)(yao)采取(qu)多(duo)重驗證(zheng)消除測(ce)(ce)量誤差，依據(ju)統計學(xue)原理，樣本(ben)量至少(shao)需要(yao)(yao)大(da)于 30，數據(ju)將服(fu)從(cong)(cong)或近似服(fu)從(cong)(cong)正態分(fen)布。