Как определить момент затяжки и выбрать метод затяжки для болтового соединения

Момент — заместитель силы зажима, а не цель

Значение момента — не цель; целью является создаваемая им сила зажима. Когда болт вращается вдоль винтовой линии резьбы, вращательное движение становится линейным, болт растягивается, а зажатые детали сжимаются. Но большая часть приложенного момента тратится на преодоление трения, а не на растяжение болта ⁸. Распределение примерно такое: 10% полезной предварительной затяжки, 50% трения под головкой и 40% трения в резьбе ⁸. Поэтому один и тот же момент может давать очень разные силы зажима в зависимости от состояния трения в соединении. Исходите вместо этого из требуемой предварительной затяжки. Один источник уровня поставщика сообщает, что большинство крепёжных изделий затягивают до 65–80% пробной нагрузки, и разбирает стальной болт M6 при 75% пробной нагрузки ¹⁶. Для этого болта — пробная нагрузка около 700 МПа по площади растяжения около 20 мм², то есть пробная нагрузка 14 000 Н и цель 75% — 10 500 Н — источник указывает, что цель достигается примерно при 7–8 Н·м в смазанном состоянии ¹⁶. Считайте это наблюдением, специфичным для источника и относящимся к смазанному M6, а не значением, которое можно переносить на сухое соединение: тот же болт всухую потребовал бы иного момента при той же силе зажима. Прежде чем что-либо вычислять, выясните, какая предварительная затяжка действительно нужна соединению и насколько широко полезное окно. Именно это окно, а не цифра момента, определяет метод на следующем шаге.

Расчёт ориентировочного момента по силе зажима и гайковому фактору

Зависимость момент–затяжку можно записать как Момент = Нагрузка × Номинальный размер болта × Гайковый фактор / 12, где гайковый фактор K объединяет в одном числе геометрию резьбы, шаг, трение на опорной поверхности гайки и трение в резьбе ¹⁵. K определяется экспериментально и зависит от смазки, поэтому одна и та же нагрузка при разных условиях трения даёт разные моменты ¹⁵. Проработанный пример из источника: для нагрузки 50 000 фунтов на шпильку 1-1/8 дюйма с антизадирной пастой с гайковым фактором 0,17 момент = 50 000 × 1,125 × 0,17 / 12 = 797 ft-lb ¹⁵. Гайковые факторы антизадирных паст обычно лежат между 0,15 и 0,20 ¹⁵. Именно K — слабое звено. Это не константа, которую можно принять — его нужно измерить для вашей комбинации крепежа, покрытия и смазки либо взять из применимого стандарта. Если вы не можете получить измеренный K для вашего соединения, рассчитанный момент — лишь стартовая оценка.

Согласование метода затяжки с окном предварительной затяжки

Полезное окно предварительной затяжки, делённое на разброс каждого метода, определяет, какие методы способны попасть в цель. Если помещается окно ±30%, достаточно контроля по моменту ¹⁹ (данные поставщика); если только ±10–15%, требуется контроль момент–угол ²³. Приведённые ниже разбросы — репрезентативные диапазоны для грамотно выполненной работы, а не гарантии ¹⁹.

Корректировка момента на смазку и покрытие

Смазка снижает трение и, следовательно, момент, необходимый для достижения той же предварительной затяжки ⁸. Поэтому применение момента, заданного для сухой стали, к смазанному крепежу перетягивает соединение — болт достигает более высокой силы зажима, чем предусматривала спецификация ²². Если вы указываете крепёж с покрытием, значение момента должно учитывать покрытие ²². Покрытия чешуйчатым цинком с верхним слоем удерживают коэффициент трения обычно между 0,09 и 0,16 в зависимости от спецификации верхнего слоя, что даёт более предсказуемую зависимость момент–затяжка, чем необработанная сталь ¹¹. Именно в этой стабильности суть: контролируемый коэффициент трения делает пересчёт момента в предварительную затяжку более повторяемым, так что рассчитанный момент ближе к фактически полученной затяжке. Чего источники не дают, так это значения K или коэффициента снижения момента для каждого типа смазки. Его придётся получить у поставщика смазки или из применимого стандарта и проверить на пробном соединении.

Согласование инструмента с методом

Инструмент может доминировать в разбросе, ради которого выбирался метод. Точности управления инструментом варьируются от ±0,25–5% для моментного ключа с червячной передачей до ±10–30% для ударного гайковёрта, при управляемом компьютером натяжении — ±0,5–2% ^{12 19} (данные поставщика). Гидравлический натяжитель точнее (±1–5%), чем большинство моментных ключей (±3–15% рычажные, ±10–30% ударные) ^{12 19} (данные поставщика). Если вы задали контроль момент–угол для окна ±10–15%, но затягиваете ударным гайковёртом, собственный разброс инструмента может превысить разброс метода. Согласуйте класс точности инструмента с методом до запуска в производство. Один поставщик отмечает, что затяжка моментом — старейший, простейший и самый экономичный метод контролируемой затяжки ¹⁷. Другой поставщик сообщает, что цифровые моментные ключи с кривыми момента в реальном времени способны выявлять аномальные условия затяжки ²⁵. Это позиции поставщиков, а не независимая проверка характеристик инструмента на вашем соединении.

Планирование контрольной проверки

В высокопрочных узлах, критичных для безопасности, соединение теряет предварительную затяжку после затяжки, поэтому финальная проверка момента сразу после монтажа может показать значение, которое не сохранится. Запланируйте период релаксации до финальной проверки.

• Предусмотрите период релаксации 24–48 ч после первичной затяжки перед финальной проверкой момента в высокопрочных узлах, критичных для безопасности ²⁴.
• В течение этого периода крепёж с ранней стадией водородного охрупчивания теряет силу зажима или разрушается, так что проверка это выявляет ²⁴.
• Используйте поверенные моментные ключи или оборудование момент–угол, чтобы крепёж не был перетянут сверх заданной предварительной затяжки ²⁴.
• Повторная проверка момента после периода релаксации подтверждает целостность соединения ²⁴.

Подтверждение применимого стандарта перед выпуском

Источники устанавливают, что таблицы моментов и правила расчёта регулируются стандартами, но сами их не приводят. Прежде чем выпускать соединение в производство, подтвердите, какой стандарт или спецификация применяется, и получите саму таблицу или правило расчёта. Зависимость момент–затяжка и цель 65–80% пробной нагрузки — это общие указания ¹⁶; конкретное значение момента для вашего размера, класса прочности и условий смазки берётся из нормативного документа, а не из этой статьи. Если соединение критично для безопасности или высокопрочно, стандарт может также задавать требования к времени релаксации, методу проверки и документации. Подтвердите их одновременно со значением момента.

Где источники расходятся

Источники в этом наборе не расходятся по зависимости момент–затяжка и по разбросам методов. Единственный спор, затрагивающий это решение, касается продолжительности отпуска (выдержки) высокопрочного крепежа с гальваническим цинкованием — от неё зависит, достаточен ли этап процесса покрытия, а не самого значения момента.

Часто задаваемые вопросы

Связанные страницы

• Расчёт предварительной затяжки болта и усилия затяжки: момент, трение и метод затяжки
• Затяжка болта заданным моментом: процедура, инструмент и контроль
• Маркировка головок болтов: что утверждают риски, цифры и буквы — и как проверить класс прочности до приёмки партии
• Пробная нагрузка vs предел текучести и временное сопротивление растяжению при выборе болтов: что устанавливает корпус источников
• Типы головок болтов и шлицев: что источники позволяют установить до выдачи спецификации