Metody pomiaru momentu dokręcenia śruby lub nakrętki

Metody pomiaru momentu dokręcenia śruby lub nakrętki

Niniejszy artykuł ma na celu opis najbardziej popularnych metod kontroli momentu łącznika gwintowego (pomiar momentu śruby lub nakrętki).

Celem prowadzenia kontroli momentu dokręcenia w połączeniu gwintowym jest detekcja ewentualnych odchyleń parametrów procesu od wartości zadanej w procesie montażu. Głównym powodem może być chęć stwierdzenia występowania zjawisk relaksacji i pełzania. Zjawiska te są powodem obniżenia naprężenia osiowego w śrubie i w konsekwencji spadku momentu dokręcania. Pomiar momentu jest metodą pomiaru pozwalającą oszacować jakość połączenia gwintowego, ponieważ na obniżenie jakości mogą mieć wpływ takie czynniki jak poniżej wymieniono i mogą się one objawiać w postaci odchyleń momentu:

  • Niewłaściwa obsługa narzędzia dokręcającego przez pracownika wykonującego operację montażu.
  • Użycie niewłaściwego narzędzia dokręcającego.
  • Nieprawidłowa nastawa momentu dokręcania.
  • Awaria narzędzia dokręcającego.
  • Używanie materiałów podatnych na relaksację i pełzanie.
  • Wady materiałowe powstałe w procesie ich wytwarzania.
  • Wady konstrukcyjne.
  • Dokładność gwintów zewnętrznych i wewnętrznych, związanych z układem tolerancji i pasowań gwintów.

Pomiar momentu dokręcania łącznika gwintowego podzielony może być na dwa etapy:

Etap pierwszy

w którym pomiar odbywa się w operacji dokręcania łącznika na określony moment dokręcenia. W przypadku narzędzi dokręcających o napędzie elektrycznym lub pneumatycznym wartość momentu dokręcenia jest wskazywana przez urządzenie pomiarowe wbudowane w sterownik narzędzia dokręcającego. Narzędzie kończy operację dokręcania w chwili osiągnięcia wymaganego momentu dokręcenia, którego wartość wskazywana jest na wyświetlaczu elektronicznym sterownika narzędzia. W przypadku ręcznych narzędzi dynamometrycznych moment osiągany jest w chwili zwolnienia mechanizmu dynamometrycznego (klucze typu drugiego – Rys.1):

Rys.1. Narzędzie dokręcające typu 2 (nastawne)

lub osiągnięcia odpowiedniej wartości na tarczy pomiarowej lub wyświetlaczu elektronicznym (klucze typu pierwszego – Rys.2):

Rys.2. Narzędzie pomiarowe typu 1 (wskazujące)

Ten sposób pomiaru, nazywany jest często metodą pomiaru momentu dynamicznego, ponieważ jego wartość wyznaczana jest w chwili zakończenia dokręcania (łącznik gwintowy przestaje się obracać).

Etap drugi

w którym pomiar odbywa się po zakończeniu operacji dokręcania. Na dokręconym łączniku gwintowym, używając ręcznych narzędzi dynamometrycznych typu pierwszego (Rys.1), wykonywany jest pomiar, który polega na obrocie łącznika o określony kąt obrotu (najczęściej) w stronę dokręcania. Podczas tej operacji mechanizm kontrolny ręcznego narzędzia dynamometrycznego rejestruje wartość uzyskanego momentu.

Moment ten nazywany jest często momentem kontrolnym, momentem inspekcji lub momentem statycznym.

Momentem statycznym, ponieważ w celu jego uzyskania należy obrócić śrubę lub nakrętkę o pewien kąt obrotu, a przez to doprowadzić do zerwania sczepień adhezyjnych występujących w styku łącznika gwintowego z powierzchnią oporową łączonego elementu.

Sposoby pomiaru momentu kontrolnego w połączeniu gwintowym w etapie drugim.

Stosowane w przemyśle sposoby pomiaru momentu w połączeniu gwintowym klasyfikować można w następujacy sposób:

1. Metoda odkręcania łącznika

polegająca na jego obrocie w kierunku przeciwnym do kierunku dokręcania. Pomiar dokonany jest przez narzędzie dynamometryczne w chwili rozpoczęcia obrotu łacznika. Jest to pomiar stosunkowo mało dokładny, ponieważ polega on na rejestracji tzw. momentu przełamania oporu statycznego. Ten sposób pomiaru stosowany jest najczęściej dla śrub o średnicy gwintu wynoszącej cztery milimetry i mniejszych.

2. Metoda odkręcenia łącznika i ponownego jego dokręcenia (ang. Back to Mark)

polegająca na obrocie łącznika o określony kąt obrotu w kierunku przeciwnym do kierunku dokręcania, a następnie ponownym dokręceniu łącznika do punktu, w którym rozpoczęto odkręcanie. W celu ułatwienia pomiaru można dokonać oznaczenia punktu początkowego łącznika względem elementu łączonego. Pomiar dokonany zostaje przez narzędzie dynamometryczne w chwili ponownego pokrycia się znaków. Sposób pomiaru przedstawiono na Rys. 3.


Rys.3. Sposób pomiaru momentu dokręconego łącznika dla gwintu prawozwojnego

3. Metoda pomiaru momentu szczytowego

polegająca na obrocie łącznika gwintowego o określony kąt w kierunku jego dokręcania. Podczas obrotu narzędzie pomiarowe rejestruje najwyższą uzyskaną wartość momentu, uwzględniając opory tarcia statycznego. W przypadku, gdy wartość oporu tarcia statycznego będzie wysoka, zmierzona wartość momentu także będzie podwyższona. Czynniki takie jak farba, podkładki zabezpieczające, przyczepność metaliczna, adhezja, kleje suche i mokre, mogą zwiększyć wartość tarcia statycznego w sposób istotny, a przez to wpłynąć na podwyższenie wartości momentu kontrolnego. Na Rys.4. przedstawiono krzywe pomiarowe dla dwóch sytuacji:

I. Wyższa wartość oporu tarcia statycznego od oporów tarcia kinetycznego. Opory tarcia statycznego są istotnie wyższe od oporów tarcia kinetycznego, co powoduje, że natychmiast po rozpoczęciu obrotu łącznika gwintowego (A) na Rys. 4a następuje spadek wartości momentu do (B). Narzędzie pomiarowe, szczególnie starszego typu, bez wbudowanego algorytmu, rejestruje wartość (A) jako zmierzony moment kontrolny – szczytowy.

II. Wartość oporów tarcia statycznego jest porównywalna do wartości oporów tarcia kinetycznego Rys.4b. Narzędzie pomiarowe rejestruje moment (B), w którym łącznik gwintowy zaczyna się obracać. Ponieważ wartość oporów tarcia statycznego jest porównywalna do wartości oporów tarcia kinetycznego, nie dochodzi do spadku momentu po rozpoczęciu obracania łącznika a zmierzona wartość momentu kontrolnego jest zbliżona do wartości momentu dokręcania (jeżeli nie istnieje relaksacja na złączu).

Rys. 4a. Krzywa kontrolna dla połączenia, w którym wartość oporów tarcia statycznego jest istotnie wyższa od wartości oporów tarcia kinetycznego
Rys. 4b. Krzywa kontrolna dla połączenia, w którym wartość oporów tarcia statycznego jest porównywalna do wartości oporów tarcia kinetycznego

4. Metoda pomiaru momentu resztowego

której celem jest pomiar momentu pozostającego w połączeniu po jego dokręceniu. Metodę tą, stosuje się w celu pominięcia wartości momentu szczytowego (A) Rys. 4a spowodowanej wysokim oporem tarcia statycznego. Pomiar (B) dokonywany jest w chwili, w której następuje ponowny przyrost momentu (po jego uprzednim spadku) spowodowany obrotem łącznika gwintowego. Na Rys. 4a przedstawiono krzywą pomiaru w sytuacji, w której wartość oporów tarcia statycznego jest istotnie wyższa od wartości oporów tarcia kinetycznego. Podczas pomiaru narzędzie pomija wartość szczytową (A) i rejestruje wartość momentu resztowego (B). W przypadku, w którym wartość oporów tarcia statycznego jest porównywalna do oporów tarcia kinetycznego, przedstawiono na Rys. 4b, narzędzie pomiarowe rejestruje moment (B), w którym rozpoczyna się obrót łącznika gwintowego. Ten sposób pomiaru istotnie poprawia powtarzalność i odtwarzalność pomiarową momentu kontrolnego.

Podsumowanie

W artykule przedstawiono najpopularniejsze metody pomiaru momentu dokręcenia śrub i nakrętek. Wybór odpowiedniej metody jest kluczowym etapem projektowania procesu kontroli dokręconego łącznika gwintowego, a w połączeniu z wyborem optymalnego narzędzia kontrolnego staje się normą w dzisiejszym świecie automatyzacji produkcji.

Prawidłowo sformułowana procedura kontrolna i wysokiej klasy narzędzie pomiarowe daje gwarancje poprawności pomiaru i w sposób istotny redukuje zmienność wynikającą z powtarzalności i odtwarzalności pomiarowej.


Zapisz się do newsletter'a

Podając adres e-mail wyrażam zgodę na otrzymywanie informacji zwrotnych.
Więcej na temat naszej Polityki Prywatności