วิธีการขันให้แน่นสำหรับตัวยึดแบบเกลียว

หนึ่งในความท้าทายที่สำคัญในการประกอบแบบใช้สลักเกลียวคือการพรีโหลดที่แม่นยำผ่านวิธีการขันให้แน่นที่เหมาะสม พรีโหลดไม่เพียงพอที่เกิดจากกระบวนการขันแน่นที่ไม่ถูกต้องเป็นสาเหตุที่พบบ่อยของความล้มเหลวในการเชื่อมต่อโบลต์ ผู้ออกแบบจะต้องคุ้นเคยกับหลักการและคุณลักษณะของเทคนิคการขันโบลต์ทั่วไป บทความนี้จะแนะนำวิธีการหลักหกวิธีอย่างเป็นระบบสำหรับการควบคุมพรีโหลดของโบลต์ ควรสังเกตว่าระดับหนึ่งของการกระจายพรีโหลดเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ โดยไม่คำนึงถึงวิธีการทำให้แน่นซึ่งเป็นไปตามคุณลักษณะของกระบวนการปกติ

วิธีการหลักหกวิธีถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการควบคุมพรีโหลดของเธรดรัด:การขันแบบควบคุมด้วยแรงบิด การขันแบบควบคุมมุม การขันแบบควบคุมจุดคราก การขันแบบยืดสลักเกลียว การขันด้วยความร้อน และการขันแบบระบุความตึง

1. การขันให้แน่นแบบควบคุมด้วยแรงบิด

การขันที่ควบคุมด้วยแรงบิดเป็นวิธีการควบคุมพรีโหลดที่ใช้กันมากที่สุดในงานอุตสาหกรรม แรงบิดในการขันที่กำหนดที่จำเป็นสำหรับการประกอบโบลต์สามารถรับได้จากตารางแรงบิดมาตรฐาน หรือคำนวณตามความสัมพันธ์ระหว่างแรงบิดในการขันและพรีโหลดของโบลต์

ในระหว่างการขันให้แน่น ก้านโบลต์จะรับทั้งแรงเค้นแรงดึงตามแนวแกนและแรงเฉือนแบบบิด โดยทั่วไปตารางอ้างอิงแรงบิดแบบทั่วไปจะไม่สนใจความเค้นบิดและถือว่า 75% ของความเค้นทั้งหมดมีส่วนทำให้เกิดความตึงตามแนวแกนที่มีประสิทธิภาพ ภายใต้สภาวะที่มีแรงเสียดทานสูง ความเค้นบิดจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก เมื่อซ้อนทับกับความเค้นตามแนวแกน ความเค้นที่เท่ากันอาจเกินกำลังครากของวัสดุ และทำให้โบลต์เสียหายได้ เพื่อความแม่นยำที่สูงขึ้น กระบวนการจะถูกควบคุมเพื่อให้ความเค้นเทียบเท่าที่รวมกันนั้นสูงถึงประมาณ 90% ของความแข็งแรงของคราก ทำให้มั่นใจในการประกอบที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้โดยการปรับสมดุลของการมีเพศสัมพันธ์ในแนวแกนและแรงบิด

ตัวยึดแบบล็อคตัวเองแบบใช้แรงบิดเป็นหลัก เช่นน็อตล็อคไนลอน และน็อตล็อคแบบกลไกถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในสถานการณ์ที่เสี่ยงต่อการสั่นสะเทือนเพื่อป้องกันการคลายตัว ตัวยึดเหล่านี้เพิ่มความเค้นบิดในก้านโบลต์อย่างมากในระหว่างการขันให้แน่น และเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพการแปลงแรงบิดเป็นพรีโหลด ดังนั้นจึงต้องปรับค่าแรงบิดตามระหว่างการตั้งค่าพารามิเตอร์

ข้อจำกัดหลักของการขันที่ควบคุมด้วยแรงบิดคือ 85% ถึง 95% ของแรงบิดที่ใช้นั้นถูกใช้ไปเพื่อเอาชนะแรงเสียดทานของเกลียวและพื้นผิวแบริ่ง ความแปรผันเล็กน้อยในสภาวะแรงเสียดทานอาจส่งผลให้เกิดค่าเบี่ยงเบนพรีโหลดอย่างมาก การใช้ตัวกันความฝืดบนตัวยึดสามารถลดการกระจายตัวของแรงเสียดทานและปรับปรุงความแม่นยำในการขันแน่น

มาตรการมาตรฐานเพื่อปรับปรุงความแม่นยำในการขันแรงบิดสรุปได้ดังนี้:

1. หลีกเลี่ยงการใช้แหวนรองแบบเรียบธรรมดา การเลื่อนหลุดสัมพัทธ์ระหว่างแหวนรองและพื้นผิวสัมผัสจะเปลี่ยนรัศมีแรงเสียดทานที่มีประสิทธิภาพ และบิดเบือนความสัมพันธ์ของแรงบิด-พรีโหลด หากต้องการพื้นที่แบริ่งที่ใหญ่ขึ้นเพื่อลดแรงกดที่พื้นผิว แนะนำให้ใช้สลักเกลียวหน้าแปลนและน็อตหน้าแปลน

2. กำหนดแรงบิดในการขันโดยการสอบเทียบจริง สามารถติดตั้งสเตรนเกจเข้ากับก้านโบลต์เพื่อการสอบเทียบการขันที่ไซต์งานภายใต้เงื่อนไขการประกอบจริง โหลดเซลล์ที่ติดตั้งใต้หัวโบลต์ช่วยการวัดเสริม แต่มีความแม่นยำน้อยกว่าสเตรนเกจ เนื่องจากลักษณะการสัมผัสที่เปลี่ยนแปลงไป

3. เมื่อไม่สามารถสอบเทียบแบบทดลองได้ ให้คำนวณแรงบิดในการขันมาตรฐานอย่างครอบคลุมโดยพิจารณาจากความทนทานต่อการตัดเฉือนของตัวยึด ขนาดของลูกปืนน็อต และลักษณะเฉพาะของแรงบิดในการล็อค โปรแกรมคำนวณแรงบิดระดับมืออาชีพ TORQUE ที่พัฒนาโดย Bolt Science สามารถคำนวณได้อย่างแม่นยำ

4. ระบุค่าแรงบิดในการขันบนแบบประกอบด้วยค่าเผื่อมาตรฐานที่ ±5% สำหรับข้อต่อที่สำคัญ ให้ใช้ประแจทอร์คที่ปรับเทียบแล้ว และทำการตรวจสอบแรงบิดหลังการประกอบ

วิธีการขันให้แน่นที่แตกต่างกันส่งผลให้มีระดับการกระจายพรีโหลดที่แตกต่างกัน โดยการควบคุมแรงบิดล้วนๆ มีค่าเบี่ยงเบนค่อนข้างมาก

2. การขันให้แน่นแบบควบคุมด้วยมุม

การขันแบบควบคุมด้วยมุมหรือที่เรียกว่าวิธีการหมุนน็อตนั้นถูกนำมาใช้ไม่นานหลังสงครามโลกครั้งที่สองสำหรับการประกอบแบบแมนนวล และปัจจุบันสามารถใช้งานร่วมกับอุปกรณ์ขันแน่นด้วยกำลังได้ ขั้นตอนแรกจะขันโบลต์ให้แน่นตามแรงบิดของเบาะนั่ง จากนั้นจึงหมุนน็อตตามมุมที่กำหนดไว้ล่วงหน้าเพื่อทำให้โบลต์เกิดการเสียรูปพลาสติกบางส่วน วิธีการนี้จะช่วยลดความผันผวนของพรีโหลดที่เกิดจากความทนทานต่อความแข็งแรงของครากได้อย่างมีประสิทธิภาพ และให้ความสม่ำเสมอของพรีโหลดได้ดีกว่าการขันแรงบิดเพียงอย่างเดียว

ข้อเสียเปรียบหลัก ได้แก่ ข้อกำหนดสำหรับการสอบเทียบมุมกระชับเชิงทดลอง (ไม่มีพารามิเตอร์ที่ใช้ได้ทั่วไป) และการนำกลับมาใช้ใหม่ได้อย่างจำกัด การขันซ้ำๆ หลังจากการเสียรูปแบบพลาสติกทำให้เกิดความล้าของตัวยึดได้ง่าย

3. การขันให้แน่นแบบควบคุมจุดคราก

เทคนิคนี้พัฒนาโดย SPS และเป็นที่รู้จักในชื่อวิธีการควบคุมข้อต่อ ให้ความแม่นยำพรีโหลดสูงสุดอย่างหนึ่ง โดยจะลดอิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานให้เหลือน้อยที่สุด และได้ค่าพรีโหลดโบลต์ที่มีความสม่ำเสมอสูง

วิธีนี้ใช้ระบบควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความแม่นยำสูงในการรวบรวมข้อมูลแรงบิดและมุมการหมุนแบบเรียลไทม์ ซึ่งได้มาจากการประเมินความรู้สึกในการขันแบบแมนนวล ด้วยการตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงความชันของการไล่ระดับแรงบิด ระบบจะระบุจุดครากของโบลต์ได้อย่างแม่นยำ และยุติการขันทันทีเพื่อหลีกเลี่ยงการรับน้ำหนักมากเกินไป

แม้ว่าความเสถียรจะดีขึ้น แต่การกระจายพรีโหลดเล็กน้อยยังคงมีอยู่เนื่องจากการเสียดสีของเกลียว ความเสียดทานของเกลียวที่สูงขึ้นจะเพิ่มความเครียดจากแรงบิดและลดพรีโหลดในแนวแกนภายใต้เกณฑ์ครากที่เท่ากัน วิธีการนี้จะตรวจจับการคลี่คลายของโบลต์ได้อย่างแม่นยำภายใต้ผลรวมของความตึงและแรงบิด

การขันแบบควบคุมจุดครากถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับส่วนประกอบที่สำคัญ เช่นสลักเกลียวหัวถัง และโบลต์ก้านสูบ ให้พรีโหลดสูงอย่างมั่นคง และปรับขนาดโบลต์ได้อย่างเหมาะสม อย่างไรก็ตาม เครื่องมือขันแน่นอัจฉริยะเฉพาะที่มีต้นทุนสูงทำให้การใช้งานแพร่หลายจำกัด ไม่สามารถรับประกันพรีโหลดที่มีความแม่นยำสูงที่เชื่อถือได้ในการบำรุงรักษาภาคสนามได้หากไม่มีอุปกรณ์ระดับมืออาชีพที่ตรงกัน

4. การขันน๊อตยืดให้แน่น

โบลต์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ต้องใช้แรงบิดในการขันที่สูงมาก ซึ่งเป็นเรื่องยากสำหรับเครื่องมือทั่วไป สำหรับสลักเกลียวที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่า 20 มม. โดยทั่วไปจะใช้การยืดแบบไฮดรอลิกเพื่อแทนที่ประแจแรงบิดแบบไฮดรอลิก เพื่อหลีกเลี่ยงแรงปฏิกิริยาของแรงบิดที่มากเกินไปและพื้นที่การทำงานที่จำกัด

หลักการทำงาน: ติดตั้งกระบอกไฮดรอลิกเฉพาะไว้เหนือน็อต เกลียวโบลต์หรือสตัดจะยืดออกจนสุดผ่านน็อตและเชื่อมต่อกับฟิกซ์เจอร์สำหรับยืดออก แรงดันไฮดรอลิกจะยืดสลักเกลียวออกตามแนวแกนเพื่อสร้างการยืดตัวแบบยืดหยุ่น ในขณะที่ยังคงรับภาระในการยืดออก น็อตจะถูกหมุนและล็อคเข้าที่ด้วยตนเองโดยใช้ซ็อกเก็ตและแท่งแรงบิด

วิธีการนี้ให้ความแม่นยำพรีโหลดที่สูงมากผ่านการควบคุมแรงดันไฮดรอลิกที่แม่นยำ อย่างไรก็ตาม การสูญเสียพรีโหลดเล็กน้อยเกิดขึ้นหลังจากการคลายแรงดันเนื่องจากการดีดตัวแบบยืดหยุ่น การรื้อน็อตที่สึกกร่อนหรือยึดยังคงเป็นปัญหาหลักในการดำเนินงาน

5. การกระชับด้วยความร้อน

การกระชับด้วยความร้อนใช้คุณสมบัติการขยายตัวเนื่องจากความร้อนของโลหะ สลักเกลียวได้รับความร้อนและยืดออก และน็อตจะหมุนและอยู่ในตำแหน่ง ในระหว่างการทำความเย็น โบลต์จะพยายามหดตัวแต่ถูกจำกัดตามยาวโดยส่วนประกอบที่ยึดไว้ ทำให้เกิดค่าพรีโหลดในแนวแกนที่มั่นคง

วิธีการทำความร้อนทั่วไป ได้แก่ การทำความร้อนด้วยเปลวไฟโดยตรง การทำความร้อนคอยล์แจ็คเก็ต และองค์ประกอบความร้อนที่มีความต้านทานคาร์บอน กระบวนการนี้ใช้เวลานาน และการวัดความเครียดที่แม่นยำต้องใช้การระบายความร้อนเต็มที่จนถึงอุณหภูมิแวดล้อม ส่งผลให้ประสิทธิภาพต่ำ ไม่ค่อยมีการใช้ในอุตสาหกรรมทั่วไปและใช้ได้กับโบลท์สำหรับงานหนักขนาดใหญ่พิเศษเท่านั้น

6. การขันที่ระบุความตึง

วิธีการนี้ใช้ตัวยึดระบุโหลดแบบพิเศษ แหวนรองระบุโหลด หรือเทคนิคการตรวจจับการเสียรูปเพื่อวัดการยืดตัวและพรีโหลดของสลักเกลียวโดยอ้อม ซึ่งครอบคลุมโซลูชันการประกอบที่มีความแม่นยำสูงหลากหลายรูปแบบ

สลักเกลียวระบุความตึงทั่วไป ได้แก่ Rotabolt และ HiBolt Rotabolt มีรูเจาะตรงกลางพร้อมหมุดวัดภายในและโครงสร้างระยะห่างที่หมุนได้ หมุดยังคงไม่โหลดระหว่างการยืดแบบยืดหยุ่น เมื่อโหลดล่วงหน้าเต็มที่แล้ว ระยะห่างจะหายไปและการหมุนจะถูกล็อค ซึ่งบ่งชี้ว่าการขันแน่นถูกต้อง HiBolt ใช้หลักการที่คล้ายกัน ซึ่งการหดตัวของโบลต์เล็กน้อยจะหนีบหมุดตรงกลางเพื่อสะท้อนถึงสถานะแรงดึง

แหวนรองระบุโหลดถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในโครงสร้างเหล็กวิศวกรรมโยธา ส่วนที่ยื่นออกมาล่วงหน้าบนพื้นผิวของเครื่องซักผ้าจะเกิดการเสียรูปแบบพลาสติกภายใต้ภาระ พรีโหลดที่ถูกต้องได้รับการตรวจสอบโดยการวัดช่องว่างที่เหลือด้วยฟีลเลอร์เกจ แหวนรองประเภทนี้ไม่ค่อยใช้ในการประกอบกลไกที่มีความแม่นยำ

สามารถวัดการยืดตัวของโบลต์ได้โดยตรงโดยใช้ไมโครมิเตอร์หรือตรวจจับอย่างแม่นยำผ่านการทดสอบอัลตราโซนิก ค่าการยืดตัวสามารถแปลงเป็นเรียลไทม์ได้สายฟ้าโหลดล่วงหน้าผ่านการสอบเทียบหรือการคำนวณ สำหรับการวัดด้วยอัลตราโซนิก หัวสลักและพื้นผิวส่วนปลายจำเป็นต้องเจียรเพื่อให้มั่นใจถึงการสะท้อนเสียงที่เหมาะสมที่สุดและความแม่นยำในการทดสอบ