转角拧紧法的应用

使用扭矩间接控制螺栓的预紧力是迄今为止*流行的控制紧固方法，也是因为它的简单性和工程师对它的广泛理解。将螺纹紧固件用于结构中的首要问题之一是很难保持一致的夹紧力或预紧力。 

众所周知，扭矩拧紧会导致预紧力显著的可变性，然而，许多结构的设计完整性是基于确保达到并保持一定水平的*小预紧力。将螺栓拧紧到设计的预紧力所需的标准扭矩通常可以从表中确定，或者通过使用扭矩和由此产生的螺栓张力之间的关系进行计算来确定。作用于螺栓螺纹和螺栓头下方的摩擦消散了大部分拧紧扭矩，通常只有大约15% 的扭矩实际用于延伸紧固件。大部分扭矩用于克服螺栓头下和螺纹中的摩擦。

当使用锁紧类型的螺母或螺栓时 (例如使用尼龙嵌件的情况)，将会改变扭矩分布。当存在*大锁紧扭矩时，实际用于拉伸螺栓的施加扭矩的比例通常约为10%。

螺纹中的摩擦通常吸收27% 和高达29% 的扭矩用于使克服锁紧力矩使螺母沿螺纹向下旋转。由于紧固件的使用次数的变化，紧固件之间的这些比率中也会发生改变。

当预紧力低于设计要求时，结构中的其他元件通常会出现故障。例如：密封垫圈由于没有足够的夹紧负载来保持密封而泄漏，或者由于螺栓松动支架失效。

案例研究通常有助于理解。图示的发动机悬置支架使用M14螺栓，将发动机固定到结构上。外部载荷为20kN，使用扭矩控制拧紧，应评估分析螺栓提供的预紧力是否足以防止施加20kN负载时衬套移动。

下图，预紧力需求表显示了螺栓预紧力的变化性，假设使用了扭矩拧紧方法。在这种情况下，预载要求包括两个要素。

首先，由于嵌入，预计会损失少量预加载。当表面不规则性被高表面应力压平时，嵌入或沉降发生在接头中。在所有螺栓连接上，在或多或少的都会发生一定程度的嵌入。

另一个预紧力要**应施加足够的预紧力，以使板材和衬套之间的摩擦所提供的摩擦力足以防止任何接头滑动。

从图表中可以看出，*小预期预载大于预载需求。这意味着，即使在*坏的条件下，也不会出现接头运动，因此也不会出现故障。

如果允许衬套相对于板材移动，当施加负载或改变负载时，螺母很可能会自动松动。即使使用可靠锁紧装置，滑动瞬间会导致表面磨损从而导致预紧力损失和螺栓弯曲，进而导致螺栓疲劳失效。

因此，强烈的要求，即使在*差的预期条件下，螺栓也应有足够的预紧力来防止任何接头运动。

在接头设计完成后，由于决定提高发动机性能并进行其他更改，导致施加到衬套的负载从20 kN增加到40 kN。下图显示了这种情况下使用扭矩拧紧的预紧力需求图表。

可以看出，在这种新情况下，预载要求超过了*小预载条件。这意味着，由于螺栓在大部分情况下都不能提供足够的摩擦力来防止衬套移动，因此，预计一部分产品会失效。

众所周知，接头的横向运动是紧固件自松的主要原因。即使使用化学粘合剂将螺母锁定在螺纹上，该运动也会导致螺栓弯曲，从而导致疲劳失效。

在这种情况下，通常会进行重新设计以增加螺栓的尺寸。然而，在这种情况下，空间又限制了这样的设计变化。为了减少由于紧固过程而出现的大散差，进行评估另一种紧固方法。

众所周知，扭矩转角拧紧方法可以提供较高的预紧力，但在拧紧过程中需要更多的注意和考虑。

使用扭矩转角拧紧方法，规定初始拧紧扭矩150Nm，可使接头中的金属完全紧密接触。因为板的平整度不同，所以不能只指定一个紧固角度。

然后，指定了90度的转角，指定转角角度等同于指定螺栓的延伸或拉伸 (因为一圈等同于将螺栓延伸一个完整的螺距)。

转角角度被确定以便螺栓屈服而不断裂。通过拧紧到螺栓屈服，摩擦对预紧力的巨大变化的影响在很大程度上被消除了。

下图预紧力需求图表表明，*小预紧力现在大于防止接头滑动所需的预紧力。因此，在不增加螺栓的尺寸或强度的情况下，达到接头的预期设计需求。

如果在此应用中使用扭矩控制的拧紧，由于摩擦力散差引起的预紧力显著变化，则需要M16或者更大螺栓。正是因为这个原因，扭矩转角拧紧方法在OEM公司中变得越来越流行。