從螺栓連接中扭矩和夾緊力的實(shí)際情況，來(lái)探討螺栓擰緊控制方法。

   如上圖所示：施加扭矩旋轉(zhuǎn)螺栓后，螺桿受力伸長(zhǎng)了，螺桿伸長(zhǎng)產(chǎn)生夾緊力把連接件夾緊了。我們知道，施加的扭矩并不象夾緊力那么簡(jiǎn)單，在通用公式中：

      力（F）*力矩（L）=扭矩M

      也就是說(shuō)螺栓旋轉(zhuǎn)的越多，得到的扭矩越大。但是90%扭矩被摩擦力消耗掉了，只有10%轉(zhuǎn)化為了夾緊力。打個(gè)比方，當(dāng)你上緊一顆工藝要求為10N·m力矩的螺栓時(shí)，我們真正需要的是那1N·m軸向力矩，大多數(shù)力矩都被摩擦力消耗掉了。

      摩擦力和夾緊力是什么關(guān)系呢? 前面已經(jīng)講到，通常情況下，遵循50-40-10原則，就是50%的螺栓頭下摩擦力，40%的螺紋副中摩擦力，10%的夾緊力。但是在一些條件下夾緊力的比例是可以變化的。

      比如說(shuō)當(dāng)衡翼工人師傅拿起一顆螺栓發(fā)現(xiàn)其螺紋有碰傷或者有雜質(zhì)，您一旦將其裝入螺孔內(nèi)，這樣的螺栓產(chǎn)生怎樣的夾緊力呢？一般認(rèn)為螺紋副中有缺陷（雜質(zhì)、磕碰等）按照裝配力矩裝配后，存在50%的螺栓頭下的摩擦力，45%螺紋副中的摩擦力，只有5%我們想要的夾緊力。這時(shí)候這顆螺栓的裝配力矩是達(dá)到了，但是遠(yuǎn)不符合我們所需要的夾緊力。如果這里螺栓在飛輪，曲軸等這樣的運(yùn)動(dòng)件上就非常容易發(fā)生脫落，這就造成了我們經(jīng)常說(shuō)的“假緊”。

        還有彈性材料變軟會(huì)使夾緊力衰減，也是通常我們說(shuō)軟連接的扭矩衰減。比如汽缸蓋墊材料較軟我們采用二次擰緊的方法來(lái)減少夾緊力的衰減，還有機(jī)油盤(pán)螺栓經(jīng)常發(fā)生夾緊力衰減，就是因?yàn)槁菟ㄏ旅嬗袡C(jī)油盤(pán)墊片（軟質(zhì)材料的原因）。

        試想我們需要螺桿伸長(zhǎng)而產(chǎn)生夾緊力，扭矩越大螺桿可以伸的越長(zhǎng)，是不是扭力越大越好呢？我們施加的扭矩越大會(huì)使螺栓過(guò)度伸長(zhǎng)，螺栓超過(guò)屈服強(qiáng)度極限就會(huì)發(fā)生應(yīng)力斷裂。

      從而失去了螺栓的鏈接作用。

        在實(shí)際工作中，不論是兩被連接體間的壓緊力還是螺栓上的軸向預(yù)緊力，均很難檢測(cè)，也就很難予以直接控制，因而，人們采取了下述幾種方法予以間接控制。

 1、扭矩控制法（T）

      扭矩控制法是zui初始也是zui簡(jiǎn)單的控制法，它是基于螺紋連接時(shí)，軸向夾緊力F擰緊時(shí)與擰緊扭矩T成正比關(guān)系，可用一個(gè)公式T=K·F來(lái)表示，這個(gè)K則是扭矩系數(shù)。當(dāng)一個(gè)螺釘設(shè)計(jì)出來(lái)時(shí)候他的軸向夾緊力F就是可知的，擰緊扭矩T通過(guò)工藝設(shè)定我們的擰緊扭矩也被工藝部門(mén)規(guī)范下來(lái)。但是總裝車(chē)間經(jīng)常出現(xiàn)擰緊扭矩達(dá)到但是裝配的螺栓依然不合格，這是為什么呢？

      關(guān)鍵就在這個(gè)扭矩系數(shù)，扭矩系數(shù)K的變化主要波動(dòng)因素是綜合摩擦系數(shù)ｕ，也就是說(shuō)螺栓，螺孔的精度，雜質(zhì)，是否磕碰都會(huì)影響這個(gè)綜合摩擦系數(shù)ｕ。而且這個(gè)K值和溫度也有關(guān)系，經(jīng)過(guò)日本住友公司通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明環(huán)境溫度每增加1℃，扭矩系數(shù)K就下降0.31%。扭矩控制法到底是否呢？給大家加深下影響，根據(jù)德國(guó)工程師協(xié)會(huì)擰緊實(shí)驗(yàn)報(bào)告稱(chēng)當(dāng)擰緊力矩T的誤差為±0時(shí)（即*施加扭矩）螺栓軸向夾緊力誤差可以達(dá)到±27.2%。

應(yīng)用步驟：
直接或間接控制地加載扭矩
實(shí)際目標(biāo)扭矩通常是屈服扭矩的50% to 85%
用在拴緊彈性區(qū)域
90%的加載扭矩用于克服摩擦力
預(yù)緊力正確度±25%

扭矩控制法的優(yōu)點(diǎn)是：成本低，可以使用簡(jiǎn)易的擰緊工具扭矩扳手來(lái)檢查擰緊質(zhì)量。
其缺點(diǎn)就是：擰緊精度不夠，不能充分發(fā)揮材料潛力，環(huán)境影響大（溫度，螺栓螺紋，雜質(zhì)、磕碰等）。

  2 、扭矩-轉(zhuǎn)角控制法（TA）又稱(chēng)超彈性控制法

      扭矩-轉(zhuǎn)角控制法是先將螺栓擰到一個(gè)不大的扭矩，一般會(huì)是擰緊力矩的40%-60%（由工藝驗(yàn)證后制定），再?gòu)拇它c(diǎn)開(kāi)始，擰一個(gè)規(guī)定的轉(zhuǎn)角的控制方法。

       這種方法它是基于一定的轉(zhuǎn)角，是螺產(chǎn)生一定的軸向伸長(zhǎng)及連接件被壓縮了。這樣做的目的是將螺栓擰到緊密接觸面上，并克服了一些表面凹凸不平等不均勻因素，而后面所需求的軸向夾緊力由轉(zhuǎn)角產(chǎn)生。在計(jì)算轉(zhuǎn)角之后，摩擦阻力對(duì)軸向夾緊力的影響不復(fù)存在，所以其精度比單純的扭矩控制法要高，扭矩控制法的要點(diǎn)就是測(cè)量轉(zhuǎn)角的起點(diǎn)，一旦這個(gè)轉(zhuǎn)角確定下來(lái)我們就可以獲得相當(dāng)高擰緊精度。

      由于有了比較先進(jìn)擰緊方法于是產(chǎn)生了一種適應(yīng)生產(chǎn)力的工具，就是電動(dòng)擰緊工具，它是由電機(jī)—驅(qū)動(dòng)齒-彎頭齒輪-傳感器等構(gòu)成，可以相對(duì)比較容易的設(shè)定預(yù)警力矩及起始轉(zhuǎn)角。

應(yīng)用步驟：
應(yīng)用一個(gè)固定扭矩 (起始（開(kāi)門(mén)）扭矩)
轉(zhuǎn)動(dòng)扣緊件到達(dá)預(yù)定轉(zhuǎn)角
離屈服擰緊的zui初階段， 此刻也用在彈性區(qū)域。
需要用試驗(yàn)確定起始（開(kāi)門(mén)）扭矩與轉(zhuǎn)角參數(shù)
預(yù)緊力正確度±15%

 扭矩-轉(zhuǎn)角控制法（TA）優(yōu)點(diǎn)：擰緊精度高，可以獲得較大的軸向夾緊力。
 缺點(diǎn)：其控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，需要測(cè)量預(yù)緊扭矩及轉(zhuǎn)角2個(gè)數(shù)據(jù)，質(zhì)量部門(mén)不易找出適當(dāng)?shù)姆椒▽?duì)擰緊結(jié)果進(jìn)行檢查跟進(jìn)。

3.屈服點(diǎn)控制法（TG）

      通過(guò)上面夾緊力圖即可看出，同樣的轉(zhuǎn)角誤差在其朔性區(qū)的螺栓軸向預(yù)緊力誤差ΔF2比彈性區(qū)的螺栓軸向預(yù)緊力誤差ΔF1要小得多。屈服點(diǎn)控制法就是把螺栓擰緊至屈服點(diǎn)后，停止擰緊的一種方法。它是利用材料屈服的現(xiàn)象而發(fā)展起來(lái)的一種高精度的擰緊方法。這種控制方法，是通過(guò)對(duì)擰緊的扭矩/轉(zhuǎn)角曲線斜率的連續(xù)計(jì)算和判斷來(lái)確定屈服點(diǎn)的。螺栓在擰緊的過(guò)程中，其扭矩/轉(zhuǎn)角的變化曲線見(jiàn)扭矩、扭矩斜率對(duì)比圖。真正的擰緊開(kāi)始時(shí)，斜率上升很快，之后經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)短的變緩后而保持恒定（ a_b區(qū)間）。過(guò)b點(diǎn)后，其斜率經(jīng)簡(jiǎn)短的緩慢下降后，又快速下降。當(dāng)斜率下降一定值時(shí)（一般定義，當(dāng)其斜率下降到zui大值的二分之一時(shí)），說(shuō) 明已達(dá)到屈服點(diǎn)（即扭矩對(duì)比圖中的Q點(diǎn)），立即發(fā)出停止擰緊信號(hào)。屈服點(diǎn)控制法的擰緊精度是非常高的，其預(yù)緊力的誤差可以控制在±4％以?xún)?nèi)，但其精度主要是取決于螺栓本身的屈服強(qiáng)度。

扭矩與轉(zhuǎn)角是在擰緊中受到監(jiān)控
當(dāng)一點(diǎn)zui大值梯度下降時(shí)來(lái)判別zui大梯度與屈服點(diǎn)
利用zui大壓緊力潛能
摩擦力未減小
允許每次擰緊的觀察扭矩轉(zhuǎn)角
螺栓不能再使用
預(yù)緊力正確度±8%

4. 落座點(diǎn)—轉(zhuǎn)角控制法 （SPA）

      落座點(diǎn)—轉(zhuǎn)角控制法是zui近新出現(xiàn)的一種控制方法，它是在扭矩-轉(zhuǎn)角T-A法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。TA法是以某一預(yù)扭矩Ts為轉(zhuǎn)角的起點(diǎn)，而SPA法計(jì)算轉(zhuǎn)角的起點(diǎn)，采用扭矩曲線的線性段斜率與轉(zhuǎn)角A坐標(biāo)的交點(diǎn)S（見(jiàn)圖）。

      圖中；F1是TA法zui大螺栓軸向預(yù)緊力誤差，F(xiàn)2是SPA法zui大螺栓軸向預(yù)緊力誤差。從圖中可見(jiàn)，采用TA法時(shí)，由于預(yù)扭矩TS的誤差（ΔTs=Ts2-Ts1，對(duì)應(yīng)產(chǎn)生了螺栓軸向預(yù)緊力誤差ΔFs）,在轉(zhuǎn)過(guò)相同的轉(zhuǎn)角A1后，相對(duì)于兩個(gè)彈性系數(shù)高低不同的擰緊工況，其螺栓軸向預(yù)緊力誤差為F1；即使是彈性系數(shù)相等的，但由于ΔTs 的存在，也有一定的誤差（見(jiàn)圖中的ΔF1、ΔF2）。如若采用SPA法，由于是均從落座點(diǎn)S開(kāi)始轉(zhuǎn)過(guò)A2轉(zhuǎn)角后，相對(duì)于兩個(gè)彈性系數(shù)高低不同的擰緊工況，其螺栓軸向預(yù)緊力誤差為F2。顯然F2小于F1，即落座點(diǎn)—轉(zhuǎn)角控制法擰緊精度高于扭矩－轉(zhuǎn)角控制法。采用SPA法，摩擦系數(shù)大小對(duì)于螺栓軸向預(yù)緊力的影響幾乎可以*消除，下一圖為擰緊中不同摩擦系數(shù)所對(duì)應(yīng)的扭矩－轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線。圖中摩擦系數(shù)： µ1>µ2>µ3。雖然不同的摩擦系數(shù)所對(duì)應(yīng)的扭矩－轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線的斜率不同，但其落座點(diǎn)(曲線線性段的斜率與橫軸的交點(diǎn))相差不大。故從此點(diǎn)再擰一個(gè)角度Ac，不同摩擦系數(shù)對(duì)螺栓軸向預(yù)緊力的影響基本可以消除。

      SPA法與TA法比較，其主要優(yōu)點(diǎn)是：能克服在Ts時(shí)已產(chǎn)生的扭矩誤差，因此，可以進(jìn)一步提高擰緊精度。

5.螺栓伸長(zhǎng)法（QA）

      QA法是通過(guò)測(cè)量螺栓的伸長(zhǎng)量來(lái)確定是否達(dá)到屈服點(diǎn)的一種控制方法，雖然每一個(gè)螺栓的屈服強(qiáng)度不一致，也會(huì)給擰緊帶來(lái)誤差，但其誤差一般都非常小。在QA法中所采取的測(cè)量螺栓伸長(zhǎng)量的方法，一般是用超聲波測(cè)量，超聲波的回聲頻率隨螺栓的伸長(zhǎng)而加大，所以，一定的回聲頻率就代表了一定的伸長(zhǎng)量。圖示就是QA法的原理，由于螺栓在擰緊和擰松時(shí)，用超聲儀所測(cè)得的回聲頻率隨螺栓的擰緊（伸長(zhǎng)）和擰松（減小伸長(zhǎng)量）而發(fā)生變化的曲線并不重合，同一螺栓軸向預(yù)緊力的上升頻率低于下降頻率。這樣，在用來(lái)測(cè)量螺栓的屈服點(diǎn)時(shí)應(yīng)予以注意。

6  扭矩斜率法

       扭矩斜率法是以扭矩-轉(zhuǎn)角曲線中的扭矩斜率值的變化作為指標(biāo)對(duì)初始預(yù)緊力進(jìn)行控制的一種方法。該擰緊方法通常把螺栓的屈服緊固軸力作為控制初始預(yù)緊力的目標(biāo)值。該擰緊方法一般在螺栓初始預(yù)緊力離散度要求較小并且可zui大限度地利用螺栓強(qiáng)度的情況下使用。但是由于該擰緊方法對(duì)初始預(yù)緊力的控制與塑性區(qū)的轉(zhuǎn)角法基本相同，所以，需要對(duì)螺栓的屈服點(diǎn)進(jìn)行嚴(yán)格的控制。該擰緊方法與塑性區(qū)的轉(zhuǎn)角法相比，螺栓的塑性即反復(fù)使用等方面出現(xiàn)的問(wèn)題較少，有一定的優(yōu)勢(shì)，但是，緊固工具比較復(fù)雜，也比較昂貴。

 HY-2000N.m微機(jī)控制螺紋摩擦系數(shù)測(cè)試儀