螺紋緊固件連接形式是螺栓螺母配合、螺栓與零件內(nèi)螺紋配合等。螺紋連接部一旦發(fā)生緊固件松動(dòng)、脫落或斷裂等，會(huì)造成農(nóng)業(yè)機(jī)械無(wú)法正常工作，出現(xiàn)人身傷害事故。因此，緊固件合理裝配是保障農(nóng)機(jī)不發(fā)生失效的重要環(huán)節(jié)。

1、裝配方法

常用的裝配方法主要有扭矩控制法、扭矩+轉(zhuǎn)角控制法、屈服點(diǎn)控制法等。

1.1扭矩控制法

扭矩控制法是最常用，性價(jià)比較高的控制方法，達(dá)到控制預(yù)緊力的目的。扭矩法具有成本低、易于實(shí)現(xiàn)質(zhì)量監(jiān)控的優(yōu)點(diǎn)，但是存在精度不高、易受外部條件影響等缺點(diǎn)。

1.2扭矩+轉(zhuǎn)角控制法

扭矩+轉(zhuǎn)角控制法是使用動(dòng)力工具先將螺栓預(yù)緊到與被連接件貼合的扭矩，然后在貼合扭矩的基礎(chǔ)上，擰一個(gè)規(guī)定的角度至擰緊狀態(tài)。貼合扭矩后的擰緊達(dá)到的預(yù)緊力不再與各部位的摩擦有關(guān)，從而能達(dá)到更高的擰緊精度，螺栓的利用系數(shù)也更高。但缺點(diǎn)是成本較高，對(duì)各連接部件的質(zhì)量一致性要求較高，難以監(jiān)控?cái)Q緊質(zhì)量。

1.3屈服點(diǎn)控制法

屈服點(diǎn)控制法利用螺栓屈服點(diǎn)作為判定擰緊的參數(shù)。這種控制方法需要借助專業(yè)的工具，采集擰緊過(guò)程中的扭矩——轉(zhuǎn)角曲線，并實(shí)時(shí)計(jì)算曲線斜率，根據(jù)斜率的變化判定達(dá)到屈服點(diǎn)的時(shí)刻。具有擰緊精度極高、螺栓利用率極高等優(yōu)點(diǎn)，但成本高昂，對(duì)裝配副的要求極高，也更難以控制和監(jiān)控。

2、裝配工具

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前拖拉機(jī)關(guān)鍵重要位置所用螺紋緊固件絕大部分使用扭矩法擰緊，所以本文重點(diǎn)介紹扭矩法用工具。根據(jù)動(dòng)力形式的不同，擰緊機(jī)可以分為手動(dòng)、氣動(dòng)、電動(dòng)和液壓4種類型。手動(dòng)擰緊機(jī)需要靠人力來(lái)完成擰緊工作，適用于一些小批量的緊固操作；氣動(dòng)擰緊機(jī)使用壓縮空氣作為動(dòng)力源，擰緊力矩較大，適用于需要高速、精度要求不高的大批量緊固操作，主要有氣動(dòng)螺絲刀、氣動(dòng)扳手；電動(dòng)擰緊機(jī)則通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以精確控制擰緊力矩，適用于一些對(duì)擰緊精度要求較高的場(chǎng)合，主要包括電動(dòng)螺絲刀和電動(dòng)扳手；液壓擰緊機(jī)則利用液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力，擰緊力矩大、精度高，適用于一些對(duì)擰緊力矩要求極高的場(chǎng)合，主要有液壓扳手。

3、扭矩確定方法

3.1延用法

拖拉機(jī)研發(fā)至今，很多車型都是在原有車型的基礎(chǔ)上變更而產(chǎn)生，因此，部分連接位置與之前的車型相同，或者雖然連接件發(fā)生了形狀或尺寸的變化，但連接處影響裝配扭矩的參量并未發(fā)生變化，故裝配扭矩也并不需要發(fā)生變化。這種情況下，一般沿用之前的安裝扭矩。

3.2計(jì)算法

3.2.1斜面原理

一個(gè)質(zhì)量為W的物體放置在與水平面呈β角的斜面上。為了沿斜面向上推動(dòng)這個(gè)物體，如果假設(shè)斜面上沒有摩擦，需要＞W(wǎng)sinβ的力。如果角度β較小，則Wsinβ也就較?。灰虼?，一個(gè)斜面上質(zhì)量較大的物體只需一個(gè)很小的力就可以向上推動(dòng)，這就是斜面原理。由于斜面上存在摩擦，摩擦系數(shù)為μs，則推動(dòng)W需要的力為Wsinβ+μsWcosβ，這就是螺紋緊固的原理。通過(guò)反作用力與力臂的相乘，可以計(jì)算出扭矩。

3.2.2計(jì)算過(guò)程

螺紋展開形式如圖1所示。

假設(shè)斜線是螺紋線展開線，水平線看作螺母承面，斜線上的物體看作螺栓，水平線和斜線構(gòu)成的梯形相當(dāng)于螺母，斜面的傾斜角β看作螺紋升角，斜面與紙面垂直面間的夾角看作螺紋牙型半角α。則有：

式中：F's為螺紋面阻力；β為螺紋升角；

α為牙型半角或牙側(cè)角；F為螺紋軸向預(yù)緊力；μ_s為螺紋摩擦系數(shù)；μ_W為螺紋摩擦系數(shù)；F_s為克服螺紋阻力所需水平力；F_W為作用在支承面上的阻力；r_s為螺紋阻力力臂；d₂為螺紋中徑；d_W為支承面等效摩擦直徑。

3.2.3緊固扭矩

計(jì)算扭矩表達(dá)式為：

式中：T_s為螺紋面摩擦扭矩；T_W為支承面摩擦扭矩。根據(jù)：

式中：P為螺距。整理公式，T_s可由式（10）表達(dá)：

總扭矩T等于Ts與TW之和，即：

式中：T為緊固扭矩。

3.2.4附加扭矩

在連接設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于一些關(guān)鍵/重要部位，為了達(dá)到較好的防松效果，往往會(huì)選擇使用帶有預(yù)置扭矩或者螺紋鎖固膠的產(chǎn)品，此時(shí)有：

式中：T_P為防松扭矩。

3.3試驗(yàn)法

3.3.1試驗(yàn)儀器及設(shè)備、設(shè)施

試驗(yàn)需要準(zhǔn)備瞬態(tài)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)/傳感器、直流驅(qū)動(dòng)工具及模擬裝配的臺(tái)架。

3.3.2樣件準(zhǔn)備

樣件應(yīng)該達(dá)到生產(chǎn)裝配水平，如果原始零件不能提供測(cè)試，可以使用替代件，但是替代件必須能夠代表原始零件的設(shè)計(jì)和制造狀態(tài)。通常情況下需要準(zhǔn)備12~15組完整且全新的裝配副。

3.3.3試驗(yàn)準(zhǔn)備

工具和傳感器尺寸根據(jù)緊固件型號(hào)而定，工具需要具備擰斷緊固件的能力，傳感器需要具備足夠的精度記錄扭矩、轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速。一般情況下，預(yù)期的最大扭矩應(yīng)該在所選擇的傳感器量程的50%~75%。盡管在裝配過(guò)程中可能會(huì)用到多步擰緊，但是推薦安裝扭矩一般都是在單一的轉(zhuǎn)速下進(jìn)行。

3.3.4試驗(yàn)過(guò)程

按照設(shè)計(jì)裝配，固定連接副，建立數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。將緊固件擰至屈服，采集轉(zhuǎn)速、扭矩、轉(zhuǎn)角。根據(jù)極限模式，扭矩-轉(zhuǎn)角曲線可以區(qū)分為螺紋部件斷裂、螺紋滑扣、其他。

3.3.5數(shù)據(jù)處理

（1）斷裂模式數(shù)據(jù)分析。一是提取曲線上的驅(qū)動(dòng)扭矩、貼合扭矩、屈服扭矩和極限扭矩，確定出最大和最小值，計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、平均值-3標(biāo)準(zhǔn)差、平均值+3標(biāo)準(zhǔn)差。標(biāo)準(zhǔn)差超過(guò)平均值的10%意味著數(shù)據(jù)不夠或者偏差太大。二是計(jì)算推薦最大扭矩值，最大值≤屈服扭矩-4標(biāo)準(zhǔn)差，根據(jù)計(jì)算出的最大值得到裝配用扭矩值。三是驗(yàn)證推薦值：扭矩最小值＞較大者（驅(qū)動(dòng)扭矩+4標(biāo)準(zhǔn)差，貼合扭矩+4標(biāo)準(zhǔn)差）。

（2）滑扣數(shù)據(jù)分析。一是提取曲線上的驅(qū)動(dòng)扭矩、貼合扭矩、屈服扭矩和極限扭矩，確定出最大和最小值，計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、平均值-4標(biāo)準(zhǔn)差、平均值+4標(biāo)準(zhǔn)差。標(biāo)準(zhǔn)差超過(guò)平均值的10%意味著數(shù)據(jù)不夠或者偏差太大。二是計(jì)算推薦最大扭矩值，最大值≤屈服扭矩-4標(biāo)準(zhǔn)差，根據(jù)計(jì)算出的最大值得到裝配用扭矩值。三是驗(yàn)證推薦值，扭矩最小值＞較大者（驅(qū)動(dòng)扭矩+4標(biāo)準(zhǔn)差，貼合扭矩+4標(biāo)準(zhǔn)差）。

（3）其他模式數(shù)據(jù)處理。一是提取曲線上的驅(qū)動(dòng)扭矩、貼合扭矩和極限扭矩，確定出最大和最小值，計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、平均值-4標(biāo)準(zhǔn)差、平均值+4標(biāo)準(zhǔn)差。標(biāo)準(zhǔn)差超過(guò)平均值的10%意味著數(shù)據(jù)不夠或者偏差太大。二是計(jì)算推薦最大扭矩值，最大值≤極限扭矩-4標(biāo)準(zhǔn)差，根據(jù)計(jì)算出的最大值得到裝配用扭矩值。三是驗(yàn)證推薦值：扭矩最小值＞較大者（驅(qū)動(dòng)扭矩+4標(biāo)準(zhǔn)差，貼合扭矩+4標(biāo)準(zhǔn)差）。若極限模式是驅(qū)動(dòng)器損壞，那么推薦的最大扭矩不應(yīng)超過(guò)斷裂時(shí)扭矩的50%。

4、結(jié)語(yǔ)

隨著與國(guó)際社會(huì)的接軌，我國(guó)螺紋緊固件行業(yè)已逐漸擺脫了過(guò)去粗放的管理生產(chǎn)模式，進(jìn)入到一個(gè)規(guī)范化精細(xì)化程度相對(duì)較高的發(fā)展階段，螺紋緊固件扭矩的精細(xì)化管理水平也在不斷提高。隨著相關(guān)行業(yè)的研究成果和管理理念不斷相互滲透，我國(guó)農(nóng)機(jī)企業(yè)對(duì)螺紋緊固件扭矩的重視程度也在不斷提高，相信隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域螺紋緊固件扭矩管理水平的不斷提高，必能為促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械高質(zhì)量發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

參考文獻(xiàn)

[1]全國(guó)緊固件標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).螺紋緊固件應(yīng)力截面積和承載面積:GB/T16823.1—1997[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,1997.

[2]張文濤,尹利亮.汽車制造過(guò)程中裝配扭矩的控制和管理[J].科學(xué)家,2017,5(9):37-39.

[3]韋小華,徐清魁.淺析螺紋緊固件扭矩的計(jì)算與驗(yàn)證[J].汽車實(shí)用技術(shù),2021,46(18):137-140,166.

[4]謝富強(qiáng),買吾拉·阿不都瓦克,于光輝,等.淺談裝配過(guò)程中螺栓擰緊控制方法[J].時(shí)代汽車,2022(16):124-127.

相關(guān)鏈接