Aanhaalmethoden voor bevestigingsmiddelen met schroefdraad

Een van de belangrijkste uitdagingen bij de montage met bouten is het bereiken van een nauwkeurige voorspanning door middel van de juiste aandraaimethoden. Onvoldoende voorspanning veroorzaakt door onnauwkeurige aandraaiprocessen is een veelvoorkomende oorzaak van falende boutverbindingen. Ontwerpers moeten bekend zijn met de principes en kenmerken van reguliere boutaandraaitechnieken. Dit artikel introduceert systematisch zes primaire methoden voor het controleren van de voorspanning van de bout. Opgemerkt moet worden dat een zekere mate van spreiding van de voorbelasting onvermijdelijk is, ongeacht de toegepaste aandraaimethode, die tot de normale proceseigenschappen behoort.

Zes reguliere methoden worden veel gebruikt om de voorbelasting van schroefdraad te regelenbevestigingsmiddelen:koppelgecontroleerd aandraaien, hoekgecontroleerd aanhalen, vloeipuntgecontroleerd aanhalen, boutuitrekbaar aanhalen, thermisch aanhalen en spanningsindicatief aanhalen.

1. Koppelgecontroleerd aandraaien

Koppelgecontroleerd aandraaien is de meest gebruikte methode voor het controleren van de voorspanning in industriële toepassingen. Het nominale aanhaalmoment dat nodig is voor de montage van de bouten kan worden verkregen uit standaardmomenttabellen of worden berekend op basis van de correlatie tussen het aanhaalmoment en de voorspanning van de bout.

Tijdens het aandraaien wordt de boutschacht blootgesteld aan zowel axiale trekspanning als torsieschuifspanning. Conventionele koppelreferentietabellen negeren over het algemeen torsiespanning en gaan ervan uit dat 75% van de totale spanning bijdraagt ​​aan effectieve axiale spanning. Onder omstandigheden met hoge wrijving neemt de torsiespanning aanzienlijk toe. Wanneer er sprake is van axiale spanning, kan de equivalente spanning de vloeigrens van het materiaal overschrijden en leiden tot falen van de bout. Voor een hogere nauwkeurigheid wordt het proces zo geregeld dat de gecombineerde equivalente spanning ongeveer 90% van de vloeigrens bereikt, waardoor een veilige en betrouwbare montage wordt gegarandeerd door de axiale en torsiespanningskoppeling in evenwicht te brengen.

Door koppel gedomineerde zelfborgende bevestigingsmiddelen zoalsnylon borgmoeren en mechanische borgmoeren worden veel gebruikt in trillingsgevoelige scenario's om losraken te voorkomen. Deze bevestigingsmiddelen verhogen de torsiespanning in de boutschacht tijdens het aandraaien aanzienlijk en veranderen de efficiëntie van de omzetting van koppel naar voorspanning. Daarom moeten de koppelwaarden bij het parametreren dienovereenkomstig worden aangepast.

De belangrijkste beperking van koppelgestuurd aandraaien is dat 85% tot 95% van het toegepaste koppel wordt verbruikt om de wrijving van schroefdraad en lageroppervlak te overwinnen. Kleine variaties in de wrijvingsomstandigheden kunnen resulteren in een aanzienlijke afwijking van de voorspanning. Het aanbrengen van wrijvingsstabilisatoren op bevestigingsmiddelen kan de wrijvingsverspreiding verminderen en de nauwkeurigheid van het vastdraaien verbeteren.

Standaardmaatregelen om de nauwkeurigheid van het aanhaalmoment te verbeteren zijn als volgt samengevat:

1. Vermijd het gebruik van gewone platte sluitringen. Relatieve slip tussen ringen en contactoppervlakken verandert de effectieve wrijvingsradius en vervormt de relatie tussen koppel en voorbelasting. Als een groter lageroppervlak nodig is om de oppervlaktedruk te verminderen, wordt de voorkeur gegeven aan flensbouten en flensmoeren.

2. Bepaal het aanhaalmoment door daadwerkelijke kalibratie. Er kunnen spanningsmeters op de boutschacht worden bevestigd voor kalibratie van de aanhaalmomenten ter plaatse onder reële montageomstandigheden. Loadcellen die onder de boutkoppen zijn geïnstalleerd, bieden aanvullende metingen, maar zijn minder nauwkeurig dan rekstrookjes vanwege veranderde contactkarakteristieken.

3. Wanneer experimentele kalibratie niet beschikbaar is, berekent u het standaard aanhaalmoment uitgebreid op basis van de bewerkingstolerantie van het bevestigingsmiddel, de afmetingen van de moerlagers en de karakteristieken van het borgmoment. Het professionele koppelberekeningsprogramma TORQUE, ontwikkeld door Bolt Science, kan nauwkeurige berekeningen realiseren.

4. Specificeer de aanhaalmomenten op de montagetekeningen met een standaardtolerantie van ±5%. Gebruik voor kritische verbindingen gekalibreerde momentsleutels en voer na de montage een koppelverificatie uit.

Verschillende aandraaimethoden resulteren in verschillende niveaus van voorspanningsspreiding, waarbij pure koppelregeling relatief grote afwijkingen vertoont.

2. Hoekgecontroleerd vastdraaien

Hoekgecontroleerd aandraaien, ook bekend als de moerrotatiemethode, werd kort na de Tweede Wereldoorlog geïntroduceerd voor handmatige montage en is nu compatibel met krachtaanhaalapparatuur. Het proces trekt eerst de bout aan tot een vast draaimoment en roteert vervolgens de moer met een vooraf bepaalde hoek om de bout gedeeltelijk plastisch te vervormen. Deze methode vermindert effectief de fluctuaties in de voorspanning die worden veroorzaakt door tolerantie voor de rekgrens en zorgt voor een betere consistentie van de voorspanning dan puur koppelaandraaien.

De belangrijkste nadelen zijn onder meer de vereiste voor experimentele kalibratie van aanhaalhoeken (geen universeel toepasbare parameters) en beperkte herbruikbaarheid. Herhaaldelijk aandraaien na plastische vervorming veroorzaakt gemakkelijk vermoeidheidsbreuken van bevestigingsmiddelen.

3. Gecontroleerd aandraaien met vloeipunt

Deze techniek, ontwikkeld door SPS en ook wel bekend als de gezamenlijke controlemethode, levert een van de hoogste voorbelastingsnauwkeurigheden. Het minimaliseert de invloed van variaties in de wrijvingscoëfficiënt en zorgt voor een zeer consistente boutvoorspanning.

Deze methode is afgeleid van de handmatige beoordeling van het aandraaigevoel en maakt gebruik van een uiterst nauwkeurig elektronisch controlesysteem om real-time koppel- en rotatiehoekgegevens te verzamelen. Door de hellingsverandering van de koppelgradiënt te monitoren, identificeert het systeem nauwkeurig het vloeipunt van de bout en beëindigt het het aandraaien onmiddellijk om overbelasting te voorkomen.

Ondanks de verbeterde stabiliteit bestaat er nog steeds een kleine spreiding van de voorspanning als gevolg van draadwrijving. Een hogere draadwrijving verhoogt de torsiespanning en vermindert de axiale voorspanning onder dezelfde vloeigrens. Deze methode detecteert nauwkeurig het meegeven van bouten onder het gecombineerde effect van spanning en torsie.

Gecontroleerd vastdraaien met een vloeipunt wordt veel gebruikt voor kritische componenten zoalscilinderkop bouten en drijfstangbouten, waardoor een stabiele hoge voorspanning ontstaat en een geoptimaliseerde boutmaat mogelijk is. De hoge kosten van speciale intelligente aandraaigereedschappen beperken echter de wijdverbreide toepassing. Betrouwbare, uiterst nauwkeurige voorspanning kan bij veldonderhoud niet worden gegarandeerd zonder bijpassende professionele apparatuur.

4. Aandraaien van de bout

Bouten met een grote diameter vereisen een extreem hoog aanhaalmoment, wat moeilijk is voor conventioneel gereedschap. Voor bouten met een diameter groter dan 20 mm wordt gewoonlijk hydraulisch uitrekken toegepast ter vervanging van hydraulische momentsleutels, waardoor overmatige koppelreactiekracht en beperkte bedieningsruimte worden vermeden.

Werkingsprincipe: Een speciale hydraulische cilinder is over de moer gemonteerd. De bout- of tapeinddraad strekt zich volledig uit door de moer en sluit aan op de spaninrichting. Door hydraulische druk wordt de bout axiaal uitgerekt, waardoor elastische rek ontstaat. Terwijl de rekbelasting behouden blijft, wordt de moer handmatig gedraaid en op zijn plaats vergrendeld met behulp van een dopsleutel en een koppelstang.

Deze methode zorgt voor een extreem hoge nauwkeurigheid van de voorspanning dankzij nauwkeurige hydraulische drukregeling. Er treedt echter een klein verlies aan voorspanning op na het loslaten van de druk als gevolg van elastische rebound. Het ontmantelen van gecorrodeerde of vastgelopen noten blijft een grote operationele moeilijkheid.

5. Thermische aanscherping

Bij thermisch vastdraaien wordt gebruik gemaakt van de thermische uitzettingseigenschappen van metaal. De bout wordt verwarmd en langwerpig, en de moer wordt gedraaid en gepositioneerd. Tijdens het afkoelen probeert de bout samen te trekken, maar wordt hij in de lengterichting beperkt door de vastgeklemde componenten, waardoor een stabiele axiale voorspanning ontstaat.

Gebruikelijke verwarmingsmethoden zijn onder meer directe vlamverwarming, verwarmingsmantelspiralen en verwarmingselementen met koolstofweerstand. Het proces is tijdrovend en nauwkeurige rekmeting vereist volledige koeling tot omgevingstemperatuur, wat resulteert in een lage efficiëntie. Het wordt zelden gebruikt in algemene industrieën en is alleen toepasbaar voor ultragrote, zware bouten.

6. Door spanning aangegeven aandraaien

Bij deze methode wordt gebruik gemaakt van gespecialiseerde belastingindicatieve bevestigingsmiddelen, belastingindicatieringen of vervormingsdetectietechnieken om indirect de rek en voorspanning van de bout te meten, waardoor een verscheidenheid aan zeer nauwkeurige montageoplossingen mogelijk is.

Typische bouten die de spanning aangeven, zijn Rotabolt en HiBolt. Rotabolt is voorzien van een centraal geboord gat met een interne meetpen en een draaibare spelingsstructuur. De pin blijft tijdens het elastisch uitrekken onbelast; Zodra de volledige voorspanning is bereikt, verdwijnt de speling en wordt de rotatie vergrendeld, wat aangeeft dat het goed is vastgedraaid. HiBolt hanteert een soortgelijk principe, waarbij een lichte krimp van de bout de centrale pen vastklemt om de spanningsstatus weer te geven.

Belastingindicatieve ringen worden veel gebruikt in staalconstructies in de civiele techniek. Geprefabriceerde uitsteeksels op het oppervlak van de sluitring ondergaan plastische vervorming onder belasting. De juiste voorspanning wordt gecontroleerd door de resterende speling te meten met een voelermaat. Dit type sluitring wordt zelden gebruikt bij fijnmechanische montage.

De rek van de bout kan direct worden gemeten met behulp van micrometers of nauwkeurig worden gedetecteerd via ultrasoon testen. Rekwaarden kunnen in realtime worden omgezetboutvoorladen via kalibratie of berekening. Voor ultrasone metingen moeten de boutkop en het eindoppervlak worden geslepen om optimale akoestische reflectie en testnauwkeurigheid te garanderen.