汽車行業(yè)或工程機(jī)械行業(yè)為滿足大規(guī)模、流水線的生產(chǎn)方式，通常交由各個分供方生產(chǎn)出子零件，再通過焊接、 鉚接、粘接及螺栓連接等方法將各個子零部件組裝的方法 生產(chǎn)，其中由于螺栓連接設(shè)計簡單、零部件標(biāo)準(zhǔn)化、裝配簡 單效率高、可拆卸重裝的特點(diǎn)，得到最廣泛的應(yīng)用。螺栓連 接一般是通過預(yù)先設(shè)定扭矩進(jìn)行擰緊控制，由于受到法蘭 和螺紋副的摩擦，約 90%的扭矩用于克服摩擦力，在螺栓 屈服點(diǎn)前螺栓能產(chǎn)生很好的張力夾緊工件，但擰緊螺栓的 力并非設(shè)定的越大越好，如果擰緊時超過螺栓的屈服點(diǎn)， 可能產(chǎn)生塑性變形甚至斷裂。因此在對關(guān)鍵零部件的裝配 擰緊時通過分析夾緊力制定可靠的擰緊工藝才能確保連 接的可靠性。

一、螺栓連接緊固的原理

在兩個部件連接處鉆孔，通過螺栓連接起來，螺栓在 擰緊過程中其實(shí)是通過擰緊力對螺栓進(jìn)行軸向的拉伸，到達(dá)扭矩點(diǎn)后，利用螺栓自有的張力把兩個零部件緊固起來。在相同的條件下，增加螺桿部位的長度，可以使螺栓更好的伸長，以獲得更大的夾緊力。

需要注意在螺栓彈性變形的范圍內(nèi)，扭矩與夾緊力理論上呈線性關(guān)系。螺栓的擰緊不能超過使用極限，如到達(dá)屈服點(diǎn)后，將喪失回彈的能力，產(chǎn)生塑性變形，甚至斷裂。隨著螺栓等級的增高，其抗拉強(qiáng)度也會增高，因此，應(yīng)根據(jù)屈服的實(shí)際情況確定螺栓等級以及擰緊時所需要的扭矩，在發(fā)動機(jī)內(nèi)的關(guān)鍵螺栓，一般選用 12.9 級的螺栓，以獲得 更高的抗拉強(qiáng)度。

使用如手動扭矩扳子、電動擰緊槍等能夠直接測量的出扭矩，但實(shí)際更需要關(guān)心的是夾緊力，夾緊力并不像施加的扭矩那么簡單，同一顆螺栓擰緊過程中，產(chǎn)生塑性變形前，擰緊螺栓使其旋轉(zhuǎn)的越多，得到的扭矩越大。但是扭矩增加，夾緊力并不一定會隨線性增長，因?yàn)?90%的扭矩被螺栓與法蘭摩擦以及螺紋副中的摩擦力給消耗掉，摩擦因素有較大的離散性。舉兩個例子，比如一顆螺栓的螺桿上有焊渣或螺紋損壞，擰緊到目標(biāo)扭矩也許螺栓并沒有擰到位；又如果在擰緊螺栓前，在螺紋處涂油，相同扭矩下減少摩擦可以獲得更高的夾緊力。因此，更高的夾緊力要求，除了前述的扭矩法擰緊，可以采用扭矩控制和角度監(jiān)控，或轉(zhuǎn)角法擰緊等高級擰緊工藝。

二、超聲波夾緊力測量方法

通過超聲波測量分析儀可以大大減化夾緊力測量分析的流程，測量設(shè)備由脈沖發(fā)生器、溫度傳感器、測量分析軟件及超聲波拾取傳感器和線纜等組成，軸向載荷與螺栓擰緊時的伸長量成正比關(guān)系，利于超聲波在螺栓介質(zhì)中沿軸力方向傳播時間差，就可以依據(jù)軸向變形及其對應(yīng)的關(guān)系來測算夾緊力了，可大大提高測量精度，其主要步驟為：

①確定螺栓預(yù)緊力與伸長量的關(guān)系：為減少變差，試驗(yàn)的螺栓應(yīng)與測量夾緊力時的螺栓來源于同一批次。將螺栓裝配在標(biāo)定工裝上，設(shè)置好螺栓等級、螺栓規(guī)格、總長度、夾持長度等信息后、施加扭矩過程中通過測量儀獲取預(yù)緊力與伸長量的關(guān)系，生成標(biāo)定文件。

②螺栓的初始長度標(biāo)定：在測量夾緊力前，對準(zhǔn)備分析的螺栓進(jìn)行初始長度標(biāo)定，將聲波拾取傳感器貼在螺栓頂部，使用測量儀進(jìn)行初始長度波紋的拾取。

③夾緊力測量與分析：按照設(shè)定的工藝裝配零件后擰緊螺栓，清潔樣品表面，將聲波拾取傳感器連接到螺栓貼片上，測量儀發(fā)射超聲波信號，依據(jù)反射波紋和時間，結(jié)合螺栓的初始長度，測算出螺栓在擰緊后的伸長量，并依據(jù)標(biāo)定文件的關(guān)系最終確定夾緊力的大小。

④夾緊力分析的質(zhì)量控制：使用超聲波分析時，環(huán)境溫度因保持在恒定狀態(tài)，螺栓的頂部和底部必須使用磨削加工等方式獲得足夠的平行的光滑平面，以利于超聲波的反射，獲得更精準(zhǔn)的結(jié)果。在研究時應(yīng)使用更多的樣本進(jìn)行測量，并對測量結(jié)果實(shí)時分析，出現(xiàn)異常值時要采取多重驗(yàn)證消除測量誤差，依據(jù)統(tǒng)計學(xué)原理，樣本量至少需要大于 30，數(shù)據(jù)將服從或近似服從正態(tài)分布。