作者投稿
专家审稿
编辑办公
Influence of Tightening Strategy on the Preload of Threaded Connections of Inertial Devices
-
摘要: 惯性器件中螺纹连接结构的普遍特点是尺寸小、拧紧质量要求高，本文针对小尺寸螺钉装配过程中出现的预紧力误差大、控制精度低等问题，研制了一套小尺寸螺钉拧紧测试装置，通过对TC4钛合金螺钉进行拧紧工艺实验，分析了拧紧策略（包括扭矩法和扭矩转角法）对预紧力的大小和离散程度的影响，并进一步研究了门槛扭矩和分步拧紧对预紧力的影响。结果表明，相比采用扭矩法，采用扭矩转角法可以将控制预紧力精度提升约7%；采用扭矩转角法时门槛扭矩的选取对预紧力的一致性有较大影响；分步拧紧能够提升扭矩法和扭矩转角法对预紧力的控制精度。Abstract: The common characteristics of threaded connection structures in inertial devices are small size and high tightening quality requirements. In this paper, a set of tightening test devices for small-size screws was developed to address the problems of large preload error and low control accuracy in the assembly process of small-size screws. The effect of the threshold torque and stepwise tightening on the preload was further investigated. The results show that, compared with the torque method, the torque angle method can improve the accuracy of controlling the preload by about 7%; the selection of the threshold torque when using the torque angle method has a greater influence on the consistency of the preload; stepwise tightening can improve the accuracy of controlling the preload force by the torque method and the torque angle method.
-
Key words:
- small size threaded connection /
- preload /
- tightening strategy /
- stepwise tightening
-
图 3 不同拧紧方法预紧力数值对比
Figure 3. Comparison of preload values for different tightening methods
图 4 不同拧紧方法预紧力标准差对比
Figure 4. Comparison of standard deviations of preload for different tightening methods
表 1 实验工艺条件
Table 1. Experimental process conditions
类型 工艺条件及参数 螺钉规格 M2粗牙钛合金螺钉 有无弹垫及平垫 无 拧紧接触面粗糙度 Ra3.2 润滑条件 无润滑 拧紧速度 112 r/min 
下载: 导出CSV
表 2 拧紧策略
Table 2. Tightening strategies
控制方法 拧紧工艺步骤 扭矩法（T35） 施加拧紧扭矩至0.35N·m 扭矩转角法（T15+A36） 施加拧紧扭矩至0.15N·m，
再施加角度至36°
下载: 导出CSV
表 3 每次拧紧相对第一次拧紧时预紧力的变化率
Table 3. Change rate of pre-tightening force of each tightening relative to the first tightening method system parameter
拧紧策略 第2次拧紧 第3次拧紧 第4次拧紧 第5次拧紧 扭矩法（T35） 6.73% −8.44% −20.96% −29.70% 扭矩转角法
（T15+A36）0.82% −9.01% −15.16% −23.19%
下载: 导出CSV
表 4 拧紧策略
Table 4. Tightening strategies
控制方法 拧紧工艺步骤 扭矩转角法（T9+A42） 施加拧紧扭矩至0.09N·m，再施加角度至42° 扭矩转角法（T12+A40） 施加拧紧扭矩至0.12N·m，再施加角度至40° 扭矩转角法（T25+A16） 施加拧紧扭矩至0.25N·m，再施加角度至16°
下载: 导出CSV
表 5 拧紧策略对预紧力一致性的影响
Table 5. Influence of tightening strategies on consistency of pre-tightening force
拧紧策略 变异系数 扭矩法（T35） 11.46% 扭矩转角法（T9+A42） 6.01% 扭矩转角法（T12+A40） 5.52% 扭矩转角法（T15+A36） 4.28% 扭矩转角法（T25+A16） 9.24%
下载: 导出CSV
表 6 拧紧策略
Table 6. Tightening strategies
控制方法 拧紧工艺步骤 扭矩法
（T15+T2*11）先拧紧至0.15N·m，之后依次增加0.02N·m，
直至总扭矩为0.37N·m扭矩转角法
（T15+A4*9）先拧紧至0.15N·m，之后依次增加拧紧角度4°，
直至增加的总拧紧角度为36°
下载: 导出CSV
表 7 分步拧紧对预紧力一致性的影响
Table 7. Influence of stepwise tightening on the consistency of preload
拧紧策略 变异系数 扭矩法（T15+T2*11） 7.24% 扭矩转角法（T15+A4*9） 3.72%
下载: 导出CSV
-
[1] 濮良贵, 纪名刚. 机械设计[M]. 北京: 高等教育出版社, 2001. [2] 卜炎. 螺纹联接设计与计算[M]. 北京: 高等教育出版社, 1995. [3] 宋莎. 微小型零件精密装配中的螺纹副联接技术研究[D]. 大连: 大连理工大学, 2009. [4] 于洪, 于瑞涛. 螺纹联接预紧力控制及其工艺参数的确定[J]. 内燃机与动力装置, 2005(5): 29-34. doi: 10.3969/j.issn.1673-6397.2005.05.008 [5] 巩浩, 刘检华, 丁晓宇. 振动条件下螺纹预紧力衰退机理和影响因素研究[J]. 机械工程学报, 2019, 55(11): 138-148. [6] 国家技术监督局. 螺纹紧固件紧固通则: GB/T 16823.2-1997[S]. 北京: 中国标准出版社, 1997. [7] 汤春球, 张继伟, 莫易敏, 等. 扭矩转角法工艺与检测方法[J]. 机械设计与研究, 2018, 34(6): 103-108. [8] 李柏乐, 张志存, 陈荣. 螺纹拧紧技术研究与应用[J]. 装备制造技术, 2020(10): 167-169. doi: 10.3969/j.issn.1672-545X.2020.10.044 [9] 李至广. 钛合金螺纹连接结构预紧力、应力、可靠性分析[D]. 长沙: 国防科学技术大学, 2004. [10] 张守阳, 赵兵, 倪红军, 等. 航空螺纹紧固件扭矩系数变化规律的试验研究[J]. 组合机床与自动化加工技术, 2020(9): 25-28. [11] 叶永松. 考虑实际接触的螺栓止口连接预紧力及其变形研究[D]. 大连: 大连理工大学, 2020. [12] 马万里, 郝春梅, 曹兀平, 等. 变速箱装配拧紧质量控制策略[J]. 内燃机, 2019(3): 11-14. doi: 10.3969/j.issn.1000-6494.2019.03.006 [13] 陆健亮. 螺纹拧紧力矩控制技术研究[D]. 杭州: 浙江大学, 2019. [14] 石泉, 陈泓. 关于目标扭矩+转角监控拧紧策略的应用[J]. 轻型汽车技术, 2012(9): 28-30. [15] 吴晨. 基于超声波法的风电机组螺栓预紧力测量与控制研究[J]. 机电工程, 2020, 37(1): 78-82. [16] 邢堃, 刘检华, 唐承统, 等. 一种基于垫片式力传感器的螺栓组连接预紧力测量方法[J]. 航空制造技术, 2015(16): 90-95. [17] 李小强, 孟庆阔, 杜一凡, 等. 拧紧策略对航空发动机单螺栓连接预紧力的影响[J]. 机械工程学报, 2020, 56(13): 231-241. [18] 黄恭伟. 螺纹拧紧技术研究及拧紧机控制系统设计[D]. 合肥: 合肥工业大学, 2007. [19] 阎荫棠, 夏新涛, 任小忠. 螺纹中径当量的全微分优化逼近算法及图形仿真[J]. 计量学报, 1997(2): 15-20. [20] 吴保华, 王喆, 洪潮. 电动螺丝刀的现场校准及其不确定度分析[J]. 计量技术, 2018(1): 40-43. [21] 赵启成, 王振清, 杜永军, 等. 油管螺纹应力应变场的有限元分析与检测[J]. 计量学报, 2005(3): 253-258. doi: 10.3321/j.issn:1000-1158.2005.03.015 [22] 张家全. 扭矩-转角装配方法及测量误差分析[J]. 计量技术, 2003(8): 29-31. [23] 张家全. 螺纹拧紧扭矩值的计算公式[J]. 计量技术, 1990(12): 18-19. -
点击查看大图
计量
- 文章访问数: 555
- HTML全文浏览量: 532
- PDF下载量: 36
- 被引次数: 0
