轉角擰緊法的應用

使用扭矩間接控制螺栓的預緊力是迄今為止*流行的控制緊固方法，也是因為它的簡單性和工程師對它的廣泛理解。將螺紋緊固件用于結構中的首要問題之一是很難保持一致的夾緊力或預緊力。 

眾所周知，扭矩擰緊會導致預緊力顯著的可變性，然而，許多結構的設計完整性是基于確保達到并保持一定水平的*小預緊力。將螺栓擰緊到設計的預緊力所需的標準扭矩通常可以從表中確定，或者通過使用扭矩和由此產生的螺栓張力之間的關系進行計算來確定。作用于螺栓螺紋和螺栓頭下方的摩擦消散了大部分擰緊扭矩，通常只有大約15% 的扭矩實際用于延伸緊固件。大部分扭矩用于克服螺栓頭下和螺紋中的摩擦。

當使用鎖緊類型的螺母或螺栓時 (例如使用尼龍嵌件的情況)，將會改變扭矩分布。當存在*大鎖緊扭矩時，實際用于拉伸螺栓的施加扭矩的比例通常約為10%。

螺紋中的摩擦通常吸收27% 和高達29% 的扭矩用于使克服鎖緊力矩使螺母沿螺紋向下旋轉。由于緊固件的使用次數的變化，緊固件之間的這些比率中也會發生改變。

當預緊力低于設計要求時，結構中的其他元件通常會出現故障。例如：密封墊圈由于沒有足夠的夾緊負載來保持密封而泄漏，或者由于螺栓松動支架失效。

案例研究通常有助于理解。圖示的發動機懸置支架使用M14螺栓，將發動機固定到結構上。外部載荷為20kN，使用扭矩控制擰緊，應評估分析螺栓提供的預緊力是否足以防止施加20kN負載時襯套移動。

下圖，預緊力需求表顯示了螺栓預緊力的變化性，假設使用了扭矩擰緊方法。在這種情況下，預載要求包括兩個要素。

首先，由于嵌入，預計會損失少量預加載。當表面不規則性被高表面應力壓平時，嵌入或沉降發生在接頭中。在所有螺栓連接上，在或多或少的都會發生一定程度的嵌入。

另一個預緊力要**應施加足夠的預緊力，以使板材和襯套之間的摩擦所提供的摩擦力足以防止任何接頭滑動。

從圖表中可以看出，*小預期預載大于預載需求。這意味著，即使在*壞的條件下，也不會出現接頭運動，因此也不會出現故障。

如果允許襯套相對于板材移動，當施加負載或改變負載時，螺母很可能會自動松動。即使使用可靠鎖緊裝置，滑動瞬間會導致表面磨損從而導致預緊力損失和螺栓彎曲，進而導致螺栓疲勞失效。

因此，強烈的要求，即使在*差的預期條件下，螺栓也應有足夠的預緊力來防止任何接頭運動。

在接頭設計完成后，由于決定提高發動機性能并進行其他更改，導致施加到襯套的負載從20 kN增加到40 kN。下圖顯示了這種情況下使用扭矩擰緊的預緊力需求圖表。

可以看出，在這種新情況下，預載要求超過了*小預載條件。這意味著，由于螺栓在大部分情況下都不能提供足夠的摩擦力來防止襯套移動，因此，預計一部分產品會失效。

眾所周知，接頭的橫向運動是緊固件自松的主要原因。即使使用化學粘合劑將螺母鎖定在螺紋上，該運動也會導致螺栓彎曲，從而導致疲勞失效。

在這種情況下，通常會進行重新設計以增加螺栓的尺寸。然而，在這種情況下，空間又限制了這樣的設計變化。為了減少由于緊固過程而出現的大散差，進行評估另一種緊固方法。

眾所周知，扭矩轉角擰緊方法可以提供較高的預緊力，但在擰緊過程中需要更多的注意和考慮。

使用扭矩轉角擰緊方法，規定初始擰緊扭矩150Nm，可使接頭中的金屬完全緊密接觸。因為板的平整度不同，所以不能只指定一個緊固角度。

然后，指定了90度的轉角，指定轉角角度等同于指定螺栓的延伸或拉伸 (因為一圈等同于將螺栓延伸一個完整的螺距)。

轉角角度被確定以便螺栓屈服而不斷裂。通過擰緊到螺栓屈服，摩擦對預緊力的巨大變化的影響在很大程度上被消除了。

下圖預緊力需求圖表表明，*小預緊力現在大于防止接頭滑動所需的預緊力。因此，在不增加螺栓的尺寸或強度的情況下，達到接頭的預期設計需求。

如果在此應用中使用扭矩控制的擰緊，由于摩擦力散差引起的預緊力顯著變化，則需要M16或者更大螺栓。正是因為這個原因，扭矩轉角擰緊方法在OEM公司中變得越來越流行。