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摘要：随着科技的发展，人们对机械产品中拧紧技术的要求也越来越高，因为拧紧质量直接关系到产品最终的安全性和使用性。本文首先对联接的机理进行了计算、分析，然后又对多种联接技术进行了对比分析，发现不同设备应选择不同的联接技术，在文章最后选择了两个例子分析了拧紧技术在行业中的应用。
关键词：拧紧技术 拧紧方法 行业应用
中图分类号：F279.23 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）32-380-02
引言
拧紧技术在建筑、机械、化工等行业中得到了广泛的应用，而其中汽车行业是对螺纹联接等拧紧技术应用最多的行业之一，根据汽车类型、结构等特点的不同，汽车上所使用的螺纹紧固件数量有所不同，通常在4000至7000之间，造价可占汽车总造价的2.5%。螺纹联接具有安装精度高、安装拆卸方便等优点，所以螺纹联接件是工业中最基本同时也是标准化程度非常高的零件。
随着工业不断的发展，人们对拧紧技术的认识也在不断提高，工艺方法也在不断改进。众所周知，螺纹联接的关键是要控制好螺栓的轴向夹紧力，既不能太大，也不能太小，其次，工艺方法对联接的好坏起到至关重要的作用，同时，螺栓的轴向夹紧力还与螺纹的摩擦性能、被加紧零件的性能等因素有关，这些都是螺纹联接应该考虑的问题。
本文将从螺纹拧紧机理、拧紧工艺及在行业中的应用三方面进行初步讨论。
1螺纹联接拧紧原理分析
由螺纹联接的联接件、联接形式、联接构造可以推出下列几种拧紧力理论，理论如下所示：
1）通常螺纹的拧紧程度是由拧紧力矩来确定的，即在进行螺纹联接时的螺纹拧紧力矩等于外力矩，目前最常用的扭矩法拧紧技术在进行拧紧力控制时就是使用的本理论，计算过程如下所示：
2）用螺栓相对于螺母的相对角位移来表示联接的拧紧程度，即使用扭矩转角法来控制螺纹的拧紧力，计算过程如下所示：
根据胡克定律可知：
3）螺纹联接的拧紧力是以联接件的变形程度及应变量来表示的，计算过程如下所示：
4）螺纹连接的锁紧力是用拧紧扭矩和拧紧力的比值来表示的，用字母 表示，如下所示：
（1-5）
除此之外，螺纹拧紧力的表示方式还有很多种其他表示形式，例如以螺栓尾部剪断力表示，螺纹的拧紧程度以变性能表示的方式。
2 常用拧紧方法及适用范围
本文所说的拧紧实际上就是使两个被联接件有足够的预紧力，也就是被拧紧的螺栓的轴向拉应力。然而无论是上述两被联接件间的预紧力还是螺栓上的轴向拉应力，在实际的工程过程中都是很难被测量的，所以，人们常常采用以下几种拧紧方法进行控制。
2.1扭矩控制法
扭矩控制法是我國最先开始使用的拧紧控制方法，也是最基本、最简单的控制方法。当扭矩达到事先设定的某一值时，就会立即停止。该控制方法使用一般的拧紧工具即可，但由于其没有角度监控的功能，在拧紧的过程中可能会发生“假扭矩”等情况，因此该方法通常只适合于10.9及以下级别刚度较大的普通螺栓的情况，当采用扭矩控制法时，联接件的应力水平应在其弹性范围内，不可使其损坏。
扭矩控制法是基于当进行拧紧时，拧紧所用的扭矩与螺栓轴向拉应力成正比例关系，关系式为 ，其中 表示螺纹工程直径， 表示扭矩系数，其大小主要跟螺纹之间、接触面之间的摩擦力有关，在实际生产过程中， 值常常用经验公式确定，经验公式如下：
当联接件、被联接件、螺栓及螺母确定后，以上公式中的参数除 以外的值也随即确定， 是随工件加工情况的不同而不同，所以影响 值的主要因素为综合摩擦系数。根据以往经验可知， 值一般在0.2-0.4之间浮动。综合上述可知，联接件的拧紧质量不仅和拧紧扭矩有关，还和联接件与螺栓之间的摩擦力有关，所以要有效的保证联接件的拧紧质量就必须同时控制好以上两点。
扭矩控制法的优点为，扭紧工具简单，无特殊要求，价格便宜，操作简单，易于掌握。缺点为，联接件的拧紧质量受综合摩擦系数的影响较大，当摩擦系数过小时，就有可能使螺纹联接失效，联接件严重变形。除此之外，在选择扭矩控制法时，预先设计的轴向应力应在联接件和螺栓屈服强度的50%—70%之间，所以综合上述可知，在选择扭矩控制法时应该更加重视综合摩擦系数。
2.2扭矩—转角控制法
扭矩—转角控制法是以扭矩控制法为基础发展而来的，选用这种拧紧技术首先将螺栓拧到一定程度，力矩不需要太大，然后从此位置开始，拧到事先设计好的一个转角的拧紧控制法，为了增加可操作性，设定的角度一般为60度或90度。它是通过控制螺栓的总伸长量来达到精确控制预紧力的目的[1]。与扭矩控制法所不同的是扭矩—转角控制法的很多参数都是通过专门的实验测得的，不是可以通过经验或计算得到的。除此之外，扭矩—转角控制法所使用的设备十分复杂、价格不菲，具有监测最后拧紧质量、在拧紧过程中是否出现故障的功能，而且它还能对转角进行精确控制，很容易达到预先设计的角度，从而保证拧紧质量。由于扭矩—转角控制法对设备和操作人员的要求比较高，成本也较高，所以该拧紧技术一般适合那些十分重要的高强度螺栓，例如发动机连杆螺栓、起重机的螺栓连接等。采用该技术不仅可以控制螺栓拧紧在其弹性范围内，也可以将其控制在塑性范围内，不至于屈服变形。扭矩—转角控制法的优点为，拧紧质量高，螺栓的综合摩擦系数对拧紧效果的影响较小；可以控制螺栓拧紧至其塑性变形区内而不被拧断，预先设计的夹紧力可选择屈服强度的80%左右。缺点为，拧紧使用的设备要求高，拧紧成本高，而且对操作人员也有一定的要求，设备不易操作。
2.3屈服点控制法
屈服点控制法是将螺栓及联接件拧至其屈服强度点。本方法对拧紧工具的要求更高，采用计算机型电路对拧紧过程进行控制，将最终拧紧的扭矩和角度进行微分计算，从而绘制出拧紧全过程的扭矩与转角的关系曲线，从而实现机器自动控制。此方法最终的拧紧质量置于螺栓的屈服强度有关。 鉴于此方法的特点，一般用在一些对拧紧质量要求较高的场所，例如发动机的缸盖螺栓装配等设备。
屈服点控制法的特点为，螺栓最终拧紧至其屈服强度点，充分发挥了螺栓的作用，没有丝毫的浪费，。根据以往大量的研究和实验可知，螺栓拧紧的轴向夹紧力越大，螺栓的抗疲劳性越好，拧紧质量越好，使用的时间越长。缺点为，由于此方法对设备的要求较高，导致其拧紧造价较高，只适合一些特殊场合使用。
2.4 落座点—转角控制法
落座点—转角控制法是在扭矩—转角控制法的基础上发展起来的，是最近才出现的一种较新的拧紧技术，在日本已经开始使用、推行此技术。扭矩—转角控制法首先将螺栓拧至某一位置，然后再以此位置为转角的起始点，而落座点—转角控制法与此有所不同，它是通过计算得到转角的起点，扭矩曲线与转角坐标的交点即为所求点。
相对于扭矩—转角控制法而言，本技术的主要优点为，能避免首先转到某一力矩所带来的误差，避免不必要的错误，使得最终的拧紧质量得到保障。
2.5螺栓伸长法
螺栓伸长法是通过测量螺栓在拧紧过程中螺栓的伸长量来进行控制的，当螺栓的伸长量达到屈服点所对应的伸长量时，即达到拧紧要求。此方法也会缠身一定的误差，因为不同的螺栓其屈服强度不同，所对应的螺栓伸长量也会不同，但相差不大，在可接受的范围内。
在螺栓伸长法中对螺栓伸长量的测量方法采用的是超声波测量，当螺栓伸长时，超声波的反射距离缩短，反射频率升高，所以可根据超声波的反射频率来间接测量螺栓的伸长量。
3 拧紧技术在行业中的应用
从上节对拧紧技术的论述可知，对拧紧精度的要求越高，拧紧设备就越昂贵、越复杂，相应的拧紧成本也就越高，因此，在实际生产的过程中要根据被联接件的重要程度选取不同的联接方法，下面本文就将选两个行业中的例子进行简单的论述。
3.1 拧紧技术在发动机汽缸盖装配中的应用
在发动机运转的过程中，发动机汽缸盖上的螺栓会受到轴向的力，这就要求汽缸盖上的受力更加均匀，所以在发动机汽缸盖的装配中选择了拧紧精度较高的扭矩—转角控制法。在装配的过程中首先要先将螺栓拧到一定的程度，达到预先设计的扭矩，然后再进行最终的拧紧阶段，直至达到预先设计的角度停止。在拧紧过程中如果使用电动拧紧工具的话，要特别注意在剛开始拧到一定扭矩后要加扭矩保护程序，防止在停止拧紧时由于反作用力使得螺栓回转，保证拧紧质量，防止扭矩偏小情况的发生。
通过查阅资料可知，绝大多数发动机汽缸盖上螺栓的最终扭矩都在50Nm～70Nm范围内，只有很少一部分超出此范围，为了验证此结论的正确性，在拧紧程序中加了对最终扭矩的测量过程，通过实验发现有一台发动机螺栓的最终扭矩超出了此范围，对这台发动机进行检查、分析发现螺栓上的螺纹有局部损坏。
3.2拧紧技术在喷油泵装配线中的应用
在喷油泵的装配过程中，螺纹联接占很重要的地位，螺纹联接的质量和喷油泵的使用性能、安全性能息息相关，而且随着喷油泵的不断发展，结构越来越复杂，对螺纹联接的要求也越来越高。
喷油泵装配过程中应用拧紧技术的过程主要包括法兰轴承座的螺栓联接、喷油泵盖的螺栓联接、限流阀总成拧紧等，除此之外的一些特殊部位还有拧松的要求。
4 结束语
在工业发展飞速的现代，拧紧技术的地位越来越高。在机械装配行业中，拧紧技术是保障产品安全性能和使用性能的基础技术，不同的机械、不同的部位要根据其具体特点选择不同的拧紧技术，只有这样才能在保证拧紧质量与拧紧成本的协调。
参考文献
[1]熊云奇，张琼敏.濮进.等.螺纹紧固件摩擦性能评述[J].汽车科技.1998.（6）：12-17.
关键词：拧紧技术 拧紧方法 行业应用
中图分类号：F279.23 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）32-380-02
引言
拧紧技术在建筑、机械、化工等行业中得到了广泛的应用，而其中汽车行业是对螺纹联接等拧紧技术应用最多的行业之一，根据汽车类型、结构等特点的不同，汽车上所使用的螺纹紧固件数量有所不同，通常在4000至7000之间，造价可占汽车总造价的2.5%。螺纹联接具有安装精度高、安装拆卸方便等优点，所以螺纹联接件是工业中最基本同时也是标准化程度非常高的零件。
随着工业不断的发展，人们对拧紧技术的认识也在不断提高，工艺方法也在不断改进。众所周知，螺纹联接的关键是要控制好螺栓的轴向夹紧力，既不能太大，也不能太小，其次，工艺方法对联接的好坏起到至关重要的作用，同时，螺栓的轴向夹紧力还与螺纹的摩擦性能、被加紧零件的性能等因素有关，这些都是螺纹联接应该考虑的问题。
本文将从螺纹拧紧机理、拧紧工艺及在行业中的应用三方面进行初步讨论。
1螺纹联接拧紧原理分析
由螺纹联接的联接件、联接形式、联接构造可以推出下列几种拧紧力理论，理论如下所示：
1）通常螺纹的拧紧程度是由拧紧力矩来确定的，即在进行螺纹联接时的螺纹拧紧力矩等于外力矩，目前最常用的扭矩法拧紧技术在进行拧紧力控制时就是使用的本理论，计算过程如下所示：
2）用螺栓相对于螺母的相对角位移来表示联接的拧紧程度，即使用扭矩转角法来控制螺纹的拧紧力，计算过程如下所示：
根据胡克定律可知：
3）螺纹联接的拧紧力是以联接件的变形程度及应变量来表示的，计算过程如下所示：
4）螺纹连接的锁紧力是用拧紧扭矩和拧紧力的比值来表示的，用字母 表示，如下所示：
（1-5）
除此之外，螺纹拧紧力的表示方式还有很多种其他表示形式，例如以螺栓尾部剪断力表示，螺纹的拧紧程度以变性能表示的方式。
2 常用拧紧方法及适用范围
本文所说的拧紧实际上就是使两个被联接件有足够的预紧力，也就是被拧紧的螺栓的轴向拉应力。然而无论是上述两被联接件间的预紧力还是螺栓上的轴向拉应力，在实际的工程过程中都是很难被测量的，所以，人们常常采用以下几种拧紧方法进行控制。
2.1扭矩控制法
扭矩控制法是我國最先开始使用的拧紧控制方法，也是最基本、最简单的控制方法。当扭矩达到事先设定的某一值时，就会立即停止。该控制方法使用一般的拧紧工具即可，但由于其没有角度监控的功能，在拧紧的过程中可能会发生“假扭矩”等情况，因此该方法通常只适合于10.9及以下级别刚度较大的普通螺栓的情况，当采用扭矩控制法时，联接件的应力水平应在其弹性范围内，不可使其损坏。
扭矩控制法是基于当进行拧紧时，拧紧所用的扭矩与螺栓轴向拉应力成正比例关系，关系式为 ，其中 表示螺纹工程直径， 表示扭矩系数，其大小主要跟螺纹之间、接触面之间的摩擦力有关，在实际生产过程中， 值常常用经验公式确定，经验公式如下：
当联接件、被联接件、螺栓及螺母确定后，以上公式中的参数除 以外的值也随即确定， 是随工件加工情况的不同而不同，所以影响 值的主要因素为综合摩擦系数。根据以往经验可知， 值一般在0.2-0.4之间浮动。综合上述可知，联接件的拧紧质量不仅和拧紧扭矩有关，还和联接件与螺栓之间的摩擦力有关，所以要有效的保证联接件的拧紧质量就必须同时控制好以上两点。
扭矩控制法的优点为，扭紧工具简单，无特殊要求，价格便宜，操作简单，易于掌握。缺点为，联接件的拧紧质量受综合摩擦系数的影响较大，当摩擦系数过小时，就有可能使螺纹联接失效，联接件严重变形。除此之外，在选择扭矩控制法时，预先设计的轴向应力应在联接件和螺栓屈服强度的50%—70%之间，所以综合上述可知，在选择扭矩控制法时应该更加重视综合摩擦系数。
2.2扭矩—转角控制法
扭矩—转角控制法是以扭矩控制法为基础发展而来的，选用这种拧紧技术首先将螺栓拧到一定程度，力矩不需要太大，然后从此位置开始，拧到事先设计好的一个转角的拧紧控制法，为了增加可操作性，设定的角度一般为60度或90度。它是通过控制螺栓的总伸长量来达到精确控制预紧力的目的[1]。与扭矩控制法所不同的是扭矩—转角控制法的很多参数都是通过专门的实验测得的，不是可以通过经验或计算得到的。除此之外，扭矩—转角控制法所使用的设备十分复杂、价格不菲，具有监测最后拧紧质量、在拧紧过程中是否出现故障的功能，而且它还能对转角进行精确控制，很容易达到预先设计的角度，从而保证拧紧质量。由于扭矩—转角控制法对设备和操作人员的要求比较高，成本也较高，所以该拧紧技术一般适合那些十分重要的高强度螺栓，例如发动机连杆螺栓、起重机的螺栓连接等。采用该技术不仅可以控制螺栓拧紧在其弹性范围内，也可以将其控制在塑性范围内，不至于屈服变形。扭矩—转角控制法的优点为，拧紧质量高，螺栓的综合摩擦系数对拧紧效果的影响较小；可以控制螺栓拧紧至其塑性变形区内而不被拧断，预先设计的夹紧力可选择屈服强度的80%左右。缺点为，拧紧使用的设备要求高，拧紧成本高，而且对操作人员也有一定的要求，设备不易操作。
2.3屈服点控制法
屈服点控制法是将螺栓及联接件拧至其屈服强度点。本方法对拧紧工具的要求更高，采用计算机型电路对拧紧过程进行控制，将最终拧紧的扭矩和角度进行微分计算，从而绘制出拧紧全过程的扭矩与转角的关系曲线，从而实现机器自动控制。此方法最终的拧紧质量置于螺栓的屈服强度有关。 鉴于此方法的特点，一般用在一些对拧紧质量要求较高的场所，例如发动机的缸盖螺栓装配等设备。
屈服点控制法的特点为，螺栓最终拧紧至其屈服强度点，充分发挥了螺栓的作用，没有丝毫的浪费，。根据以往大量的研究和实验可知，螺栓拧紧的轴向夹紧力越大，螺栓的抗疲劳性越好，拧紧质量越好，使用的时间越长。缺点为，由于此方法对设备的要求较高，导致其拧紧造价较高，只适合一些特殊场合使用。
2.4 落座点—转角控制法
落座点—转角控制法是在扭矩—转角控制法的基础上发展起来的，是最近才出现的一种较新的拧紧技术，在日本已经开始使用、推行此技术。扭矩—转角控制法首先将螺栓拧至某一位置，然后再以此位置为转角的起始点，而落座点—转角控制法与此有所不同，它是通过计算得到转角的起点，扭矩曲线与转角坐标的交点即为所求点。
相对于扭矩—转角控制法而言，本技术的主要优点为，能避免首先转到某一力矩所带来的误差，避免不必要的错误，使得最终的拧紧质量得到保障。
2.5螺栓伸长法
螺栓伸长法是通过测量螺栓在拧紧过程中螺栓的伸长量来进行控制的，当螺栓的伸长量达到屈服点所对应的伸长量时，即达到拧紧要求。此方法也会缠身一定的误差，因为不同的螺栓其屈服强度不同，所对应的螺栓伸长量也会不同，但相差不大，在可接受的范围内。
在螺栓伸长法中对螺栓伸长量的测量方法采用的是超声波测量，当螺栓伸长时，超声波的反射距离缩短，反射频率升高，所以可根据超声波的反射频率来间接测量螺栓的伸长量。
3 拧紧技术在行业中的应用
从上节对拧紧技术的论述可知，对拧紧精度的要求越高，拧紧设备就越昂贵、越复杂，相应的拧紧成本也就越高，因此，在实际生产的过程中要根据被联接件的重要程度选取不同的联接方法，下面本文就将选两个行业中的例子进行简单的论述。
3.1 拧紧技术在发动机汽缸盖装配中的应用
在发动机运转的过程中，发动机汽缸盖上的螺栓会受到轴向的力，这就要求汽缸盖上的受力更加均匀，所以在发动机汽缸盖的装配中选择了拧紧精度较高的扭矩—转角控制法。在装配的过程中首先要先将螺栓拧到一定的程度，达到预先设计的扭矩，然后再进行最终的拧紧阶段，直至达到预先设计的角度停止。在拧紧过程中如果使用电动拧紧工具的话，要特别注意在剛开始拧到一定扭矩后要加扭矩保护程序，防止在停止拧紧时由于反作用力使得螺栓回转，保证拧紧质量，防止扭矩偏小情况的发生。
通过查阅资料可知，绝大多数发动机汽缸盖上螺栓的最终扭矩都在50Nm～70Nm范围内，只有很少一部分超出此范围，为了验证此结论的正确性，在拧紧程序中加了对最终扭矩的测量过程，通过实验发现有一台发动机螺栓的最终扭矩超出了此范围，对这台发动机进行检查、分析发现螺栓上的螺纹有局部损坏。
3.2拧紧技术在喷油泵装配线中的应用
在喷油泵的装配过程中，螺纹联接占很重要的地位，螺纹联接的质量和喷油泵的使用性能、安全性能息息相关，而且随着喷油泵的不断发展，结构越来越复杂，对螺纹联接的要求也越来越高。
喷油泵装配过程中应用拧紧技术的过程主要包括法兰轴承座的螺栓联接、喷油泵盖的螺栓联接、限流阀总成拧紧等，除此之外的一些特殊部位还有拧松的要求。
4 结束语
在工业发展飞速的现代，拧紧技术的地位越来越高。在机械装配行业中，拧紧技术是保障产品安全性能和使用性能的基础技术，不同的机械、不同的部位要根据其具体特点选择不同的拧紧技术，只有这样才能在保证拧紧质量与拧紧成本的协调。
参考文献
[1]熊云奇，张琼敏.濮进.等.螺纹紧固件摩擦性能评述[J].汽车科技.1998.（6）：12-17.