在機(jī)械裝配中,螺栓組的緊固效果直接關(guān)系到設(shè)備的穩(wěn)定性與安全性,但由于多個(gè)螺栓通常無法同時(shí)擰緊,這就會(huì)使擰緊位置因 “彈性相互作用” 導(dǎo)致已擰緊螺栓預(yù)緊力損失 —— 輕則引發(fā)振動(dòng)、泄漏,重則造成結(jié)構(gòu)斷裂。因此,科學(xué)設(shè)計(jì)擰緊順序是規(guī)避隱患的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
值得注意的是,擰緊順序作為提升預(yù)緊效果的重要環(huán)節(jié)之一,卻常被行業(yè)忽視:多數(shù)資料聚焦于力矩參數(shù)、工具選擇,對(duì)擰緊順序的系統(tǒng)性說明寥寥無幾。基于此,本文結(jié)合JGJ 82 - 2011、GB 50755 - 2012、ASME PCC - 1 2022等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范,梳理螺栓擰緊順序的核心原則與實(shí)操方法,為不同場(chǎng)景下的裝配作業(yè)提供參考(實(shí)際操作需結(jié)合具體行業(yè)要求調(diào)整)。
在多個(gè)螺栓進(jìn)行緊固時(shí),擰緊一個(gè)螺栓會(huì) “拉扯” 周圍已擰緊的螺栓。舉個(gè)例子:中間螺栓擰緊后,會(huì)進(jìn)一步壓縮兩側(cè)接合面,導(dǎo)致兩側(cè)螺栓的預(yù)緊力損失。這種相互影響在 “軟接頭”(如帶墊片的連接)中尤其顯著。
那么如何解決上面的問題呢?如果預(yù)算到位,用專用設(shè)備同時(shí)擰緊所有螺栓,自然可以最大程度的減小“彈性相互作用”造成的螺栓松動(dòng)。如下圖所示,該結(jié)構(gòu)中螺栓組采用液壓拉伸器同時(shí)預(yù)緊螺栓組。
同步擰緊螺栓雖好,但實(shí)際作業(yè)常受限于常規(guī)工具與復(fù)雜工況。因此掌握螺栓的擰緊順序是螺栓預(yù)緊作業(yè)的必備技能之一。下文結(jié)合定位銷約束、工件剛度等應(yīng)用場(chǎng)景,按照優(yōu)先順序,整理了一些較為常用的擰緊順序,分享給大家交流參考。
當(dāng)連接結(jié)構(gòu)包含定位銷時(shí),需優(yōu)先初擰靠近定位銷的螺栓 。定位銷的核心價(jià)值在于限制工件相對(duì)位移(如防止錯(cuò)孔、保障裝配精度),先初擰其周邊螺栓,可快速固定定位基準(zhǔn),避免后續(xù)擰緊時(shí)工件偏移,致使定位功能失效。待定位基準(zhǔn)穩(wěn)定后,再按其他優(yōu)先級(jí)處理螺栓,確保整體裝配精度。
若連接結(jié)構(gòu)沒有定位銷,應(yīng)優(yōu)先選擇工件剛度高的區(qū)域(如厚壁、無墊片、金屬直接接觸部位)緊固。高剛度區(qū)域先緊固,可減少定位基準(zhǔn)固定后的整體變形,保障預(yù)緊力沿定位基準(zhǔn)均勻傳遞,讓螺栓受力更合理,提升連接穩(wěn)定性。
滿足上述條件后,可結(jié)合螺栓組分布以及節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)特征,按照交叉、對(duì)稱、均勻、擴(kuò)散的原則選擇合適的擰緊順序:
螺栓擰緊建議遵循 “初擰(20%~30% 目標(biāo)扭矩)→ 復(fù)擰(50%~70% 目標(biāo)扭矩)→ 終擰(100% 目標(biāo)扭矩)” 分步操作,每步間隔 1 - 2 分鐘 。
這樣設(shè)計(jì)的核心價(jià)值在于:通過階梯式加載,給螺栓、連接件留出彈性變形釋放時(shí)間(尤其帶墊片的軟連接結(jié)構(gòu)),能有效避免預(yù)緊力后期快速衰減,從操作流程上保障連接長(zhǎng)期穩(wěn)定性,建議在裝配作業(yè)中優(yōu)先采用這類時(shí)序控制。
某法蘭上的螺栓按順時(shí)針方向排序如下,你更傾向采用哪種排序方式?(1234567890)
A. 十字交叉法:1 - 7 - 4 - 10;2 - 8 - 5 - 11;3 - 9 - 6 - 12
B. 星形法:1 - 9 - 5;3 - 11 - 7;2 - 10 - 6;4 - 12 - 8
C. 象限法(交叉):1 - 5 - 9;3 - 7 - 11;2 - 6 - 10;4 - 8 - 12
D. 象限法(圓周):1 - 5 - 9;2 - 6 - 10;3 - 7 - 11;4 - 8 - 12
螺栓松動(dòng)的核心原因,是擰緊方式?jīng)]平衡好 “預(yù)緊力建立” 與 “衰減損耗”。只要 按結(jié)構(gòu)選對(duì)順序、分階段逐步加力、及時(shí)復(fù)緊,就能讓螺栓 “擰得住、不松動(dòng)”,成為設(shè)備可靠的 “守護(hù)者”。不過請(qǐng)?jiān)俅沃?jǐn)記,實(shí)際操作要結(jié)合具體行業(yè)要求和規(guī)范對(duì)方法進(jìn)行調(diào)整
JGJ 82 - 2011《鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接規(guī)程》,
GB 50755 - 2012《鋼結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》,
ASME PCC - 1 2022 — Guidelines for Pressure Boundary Bolted Flange Joint Assembly,
GB/T 38343 - 2019《法蘭接頭安裝技術(shù)規(guī)定》,
GB/T 19568 - 2004《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組裝配和安裝規(guī)范》,
JB/T 5000.10 - 1998《重型機(jī)械通用技術(shù) 條件裝配》,
Elastic Interaction in Tightening Multiple Bolts《FASTENERS 007》
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