汽車行業或(huo)工程(cheng)機械行業為滿足大(da)規模、流水(shui)線的(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產方(fang)式，通(tong)(tong)常交由各(ge)個(ge)分供方(fang)生(sheng)(sheng)產出子零件，再通(tong)(tong)過焊接(jie)(jie)、 鉚接(jie)(jie)、粘接(jie)(jie)及螺(luo)栓(shuan)連(lian)(lian)接(jie)(jie)等方(fang)法將各(ge)個(ge)子零部(bu)件組(zu)裝的(de)(de)(de)(de)方(fang)法 生(sheng)(sheng)產，其中由于螺(luo)栓(shuan)連(lian)(lian)接(jie)(jie)設(she)(she)計簡(jian)單、零部(bu)件標準化、裝配簡(jian) 單效率高、可(ke)拆卸重裝的(de)(de)(de)(de)特點，得(de)到最廣泛的(de)(de)(de)(de)應用(yong)。螺(luo)栓(shuan)連(lian)(lian) 接(jie)(jie)一(yi)般是通(tong)(tong)過預先(xian)設(she)(she)定扭矩進行擰(ning)緊(jin)(jin)控制，由于受到法蘭 和(he)螺(luo)紋副的(de)(de)(de)(de)摩(mo)擦(ca)，約 90%的(de)(de)(de)(de)扭矩用(yong)于克服摩(mo)擦(ca)力，在螺(luo)栓(shuan) 屈服點前螺(luo)栓(shuan)能(neng)產生(sheng)(sheng)很好(hao)的(de)(de)(de)(de)張力夾緊(jin)(jin)工件，但擰(ning)緊(jin)(jin)螺(luo)栓(shuan)的(de)(de)(de)(de) 力并非設(she)(she)定的(de)(de)(de)(de)越(yue)大(da)越(yue)好(hao)，如果擰(ning)緊(jin)(jin)時(shi)超過螺(luo)栓(shuan)的(de)(de)(de)(de)屈服點， 可(ke)能(neng)產生(sheng)(sheng)塑性變(bian)形(xing)甚至斷裂。因此在對關鍵零部(bu)件的(de)(de)(de)(de)裝配 擰(ning)緊(jin)(jin)時(shi)通(tong)(tong)過分析夾緊(jin)(jin)力制定可(ke)靠(kao)的(de)(de)(de)(de)擰(ning)緊(jin)(jin)工藝才能(neng)確保連(lian)(lian) 接(jie)(jie)的(de)(de)(de)(de)可(ke)靠(kao)性。

一、螺栓連接緊固的原理

在兩個部(bu)(bu)件連接處鉆(zhan)孔，通過(guo)螺(luo)(luo)栓連接起來(lai)，螺(luo)(luo)栓在 擰緊過(guo)程(cheng)中(zhong)其實是通過(guo)擰緊力(li)對(dui)螺(luo)(luo)栓進行(xing)軸向(xiang)的(de)拉(la)伸，到(dao)達扭(niu)矩(ju)點后，利用螺(luo)(luo)栓自(zi)有的(de)張力(li)把兩個零部(bu)(bu)件緊固起來(lai)。在相同的(de)條(tiao)件下，增加(jia)螺(luo)(luo)桿部(bu)(bu)位(wei)的(de)長度，可(ke)以(yi)使螺(luo)(luo)栓更好的(de)伸長，以(yi)獲得更大的(de)夾緊力(li)。

需(xu)要(yao)注意在螺栓(shuan)彈性變形的(de)(de)范圍內，扭矩與夾緊(jin)力(li)(li)理論上呈線性關系。螺栓(shuan)的(de)(de)擰(ning)緊(jin)不(bu)能超過使用極限，如到達屈服點后，將喪失回(hui)彈的(de)(de)能力(li)(li)，產生(sheng)塑性變形，甚至斷裂。隨著(zhu)螺栓(shuan)等級(ji)的(de)(de)增高，其抗(kang)拉(la)強(qiang)度也會增高，因此(ci)，應根據屈服的(de)(de)實際情況確定螺栓(shuan)等級(ji)以(yi)及(ji)擰(ning)緊(jin)時所(suo)需(xu)要(yao)的(de)(de)扭矩，在發動(dong)機內的(de)(de)關鍵(jian)螺栓(shuan)，一般選用 12.9 級(ji)的(de)(de)螺栓(shuan)，以(yi)獲得 更高的(de)(de)抗(kang)拉(la)強(qiang)度。

使用如(ru)(ru)手動(dong)扭(niu)(niu)矩(ju)(ju)(ju)(ju)扳(ban)子、電動(dong)擰緊(jin)(jin)(jin)槍(qiang)等(deng)能夠直接測量(liang)的(de)(de)(de)出扭(niu)(niu)矩(ju)(ju)(ju)(ju)，但實際更(geng)需(xu)要關(guan)心的(de)(de)(de)是(shi)夾(jia)緊(jin)(jin)(jin)力(li)，夾(jia)緊(jin)(jin)(jin)力(li)并不(bu)像施(shi)加的(de)(de)(de)扭(niu)(niu)矩(ju)(ju)(ju)(ju)那么簡單，同一顆(ke)螺(luo)(luo)栓(shuan)擰緊(jin)(jin)(jin)過(guo)程(cheng)中(zhong)，產生塑(su)性(xing)變形前，擰緊(jin)(jin)(jin)螺(luo)(luo)栓(shuan)使其(qi)旋(xuan)轉的(de)(de)(de)越(yue)多，得到的(de)(de)(de)扭(niu)(niu)矩(ju)(ju)(ju)(ju)越(yue)大。但是(shi)扭(niu)(niu)矩(ju)(ju)(ju)(ju)增加，夾(jia)緊(jin)(jin)(jin)力(li)并不(bu)一定會隨線(xian)性(xing)增長，因(yin)為 90%的(de)(de)(de)扭(niu)(niu)矩(ju)(ju)(ju)(ju)被螺(luo)(luo)栓(shuan)與法蘭摩擦以及(ji)螺(luo)(luo)紋(wen)(wen)副中(zhong)的(de)(de)(de)摩擦力(li)給消耗掉，摩擦因(yin)素有較大的(de)(de)(de)離散性(xing)。舉(ju)兩個例子，比如(ru)(ru)一顆(ke)螺(luo)(luo)栓(shuan)的(de)(de)(de)螺(luo)(luo)桿上有焊渣或螺(luo)(luo)紋(wen)(wen)損壞(huai)，擰緊(jin)(jin)(jin)到目標扭(niu)(niu)矩(ju)(ju)(ju)(ju)也許螺(luo)(luo)栓(shuan)并沒有擰到位；又如(ru)(ru)果在(zai)擰緊(jin)(jin)(jin)螺(luo)(luo)栓(shuan)前，在(zai)螺(luo)(luo)紋(wen)(wen)處涂油(you)，相同扭(niu)(niu)矩(ju)(ju)(ju)(ju)下減少摩擦可以獲(huo)得更(geng)高的(de)(de)(de)夾(jia)緊(jin)(jin)(jin)力(li)。因(yin)此，更(geng)高的(de)(de)(de)夾(jia)緊(jin)(jin)(jin)力(li)要求，除了前述的(de)(de)(de)扭(niu)(niu)矩(ju)(ju)(ju)(ju)法擰緊(jin)(jin)(jin)，可以采用扭(niu)(niu)矩(ju)(ju)(ju)(ju)控(kong)制和角(jiao)度監控(kong)，或轉角(jiao)法擰緊(jin)(jin)(jin)等(deng)高級擰緊(jin)(jin)(jin)工藝。

二、超聲波夾緊力測量方法

通過超(chao)聲(sheng)波(bo)(bo)測量(liang)(liang)分析(xi)儀可以(yi)大(da)(da)大(da)(da)減化夾(jia)緊力(li)(li)測量(liang)(liang)分析(xi)的(de)(de)流程，測量(liang)(liang)設備(bei)由脈沖發生器(qi)、溫度(du)傳感器(qi)、測量(liang)(liang)分析(xi)軟件(jian)及超(chao)聲(sheng)波(bo)(bo)拾取(qu)傳感器(qi)和(he)線纜等組成，軸(zhou)向(xiang)載荷與螺(luo)栓擰緊時的(de)(de)伸長(chang)量(liang)(liang)成正比關(guan)(guan)系(xi)，利于超(chao)聲(sheng)波(bo)(bo)在螺(luo)栓介質中沿(yan)軸(zhou)力(li)(li)方(fang)向(xiang)傳播時間差，就可以(yi)依(yi)據軸(zhou)向(xiang)變形及其(qi)對應的(de)(de)關(guan)(guan)系(xi)來測算夾(jia)緊力(li)(li)了，可大(da)(da)大(da)(da)提高測量(liang)(liang)精度(du)，其(qi)主(zhu)要(yao)步驟為：

①確定(ding)螺(luo)栓(shuan)(shuan)預緊力與(yu)伸(shen)長量(liang)的關系(xi)(xi)：為(wei)減少變差，試(shi)驗的螺(luo)栓(shuan)(shuan)應與(yu)測(ce)量(liang)夾(jia)緊力時的螺(luo)栓(shuan)(shuan)來源于(yu)同一(yi)批次。將螺(luo)栓(shuan)(shuan)裝(zhuang)配在標定(ding)工裝(zhuang)上，設置好螺(luo)栓(shuan)(shuan)等級(ji)、螺(luo)栓(shuan)(shuan)規格(ge)、總長度(du)、夾(jia)持長度(du)等信息(xi)后、施加扭(niu)矩(ju)過程中(zhong)通過測(ce)量(liang)儀獲取(qu)預緊力與(yu)伸(shen)長量(liang)的關系(xi)(xi)，生成標定(ding)文件。

②螺栓(shuan)的(de)初(chu)始(shi)長(chang)度(du)(du)標定(ding)：在(zai)測量(liang)夾緊力前，對(dui)準備分析的(de)螺栓(shuan)進行初(chu)始(shi)長(chang)度(du)(du)標定(ding)，將聲波(bo)拾取(qu)傳感(gan)器貼在(zai)螺栓(shuan)頂(ding)部，使用測量(liang)儀(yi)進行初(chu)始(shi)長(chang)度(du)(du)波(bo)紋的(de)拾取(qu)。

③夾緊(jin)力(li)測(ce)量(liang)與(yu)分析：按(an)照(zhao)設定的(de)(de)工藝裝(zhuang)配零件(jian)后擰(ning)緊(jin)螺栓，清潔(jie)樣品表面，將聲波(bo)(bo)拾取傳感器連(lian)接到螺栓貼片上，測(ce)量(liang)儀發射超聲波(bo)(bo)信(xin)號，依(yi)據(ju)反射波(bo)(bo)紋和時(shi)間，結(jie)合螺栓的(de)(de)初始(shi)長度，測(ce)算出螺栓在擰(ning)緊(jin)后的(de)(de)伸長量(liang)，并依(yi)據(ju)標定文(wen)件(jian)的(de)(de)關系(xi)最終確定夾緊(jin)力(li)的(de)(de)大小(xiao)。

④夾緊(jin)力分(fen)析的質(zhi)量(liang)控制：使用超聲波分(fen)析時，環境溫度因(yin)保持在恒定(ding)狀態，螺(luo)栓的頂(ding)部和底部必(bi)須使用磨削(xue)加工等方(fang)式獲得(de)足夠的平(ping)(ping)行(xing)的光滑平(ping)(ping)面，以利(li)于(yu)(yu)超聲波的反射，獲得(de)更(geng)(geng)精準(zhun)的結果(guo)。在研究時應(ying)使用更(geng)(geng)多(duo)的樣本進行(xing)測量(liang)，并對(dui)測量(liang)結果(guo)實時分(fen)析，出(chu)現異常值時要(yao)采取多(duo)重驗(yan)證消(xiao)除測量(liang)誤差，依據統計(ji)學原理，樣本量(liang)至(zhi)少(shao)需要(yao)大(da)于(yu)(yu) 30，數據將服從(cong)或近似服從(cong)正(zheng)態分(fen)布。