分布拧紧

在实际航空发动机装配时，有时会使用分步拧紧的拧紧策略进行拧紧，根据经验，采用分步拧紧有利于减少连接件的松弛现象。即分两步或者三步拧紧到工艺要求的拧紧扭矩，例如第一步先拧紧到目标扭矩的50%，第二步拧紧到目标扭矩。本实验中采用的分步拧紧实验分组情况见表4。

同样为减少随机误差的影响，在进行分步拧紧时每种分步工艺均重复拧紧5次，每次拧紧结束后对螺栓预紧力进行检测与记录，具体实验工艺条件见表5。

根据实验数据，绘制得到不同分步拧紧条件下螺栓预紧力的波动情况如图6所示。从图中明显可以看出，单步拧紧时，预紧力不一致性最大。通过计算得到三种拧紧方式下螺栓预紧力的标准差，单步拧紧为1 374 N，两步拧紧为975 N，三步拧紧为885 N，由此分析可知，分步拧紧有利于提高螺栓组预紧力一致性，两步拧紧与三步拧紧预紧力一致性非常接近，三步拧紧略微优于两步拧紧，而单步拧紧得到的螺栓预紧力分散度最大。

理论上分步多次拧紧会导致结合面表面粗糙度改变和摩擦系数降低，进而使扭矩系数降低、稳定性提高，预紧力一致性提高。但实际生产中，过多的拧紧步数会降低生产效率，增加“错拧”、“漏拧”等风险，因此需要对多方面因素进行综合权衡后确定合理的拧紧步数。

拧紧速度

螺栓拧紧过程中，接触表面会产生相对滑动，必然会引起接触表面产生摩擦，导致接触面磨损，改变接触面的温度，不同的拧紧速度对摩擦系数的影响不同[16]。手工拧紧时，拧紧速度偏慢且随机性较大，而如果使用自动化的拧紧工具，拧紧速度的设定对于拧紧质量和拧紧效率就显得非常关键。

针对单螺栓连接结构，分别设定20 r/min、40 r/min、60r/min、80 r/min 四种不同的拧紧速度，每种拧紧速度条件下按照一定的拧紧力矩梯度重复多次拧紧，每次拧紧后，对拧紧扭矩和预紧力进行检测与记录，并计算拧紧扭矩系数K 。具体实验工艺条件见表6。

根据实验数据，得到不同拧紧速度条件下的扭矩预紧力曲线如图7 所示。从图中分析可知，拧紧速度对预紧力的生成有一定影响，随着拧紧速度增大，曲线斜率明显增大，即表示随着拧紧速度增加，对于同样大小的预紧力，需要的拧紧扭矩越小。图8 和图9 所示为不同拧紧速度条件下重复拧紧时扭矩系数的变化规律。

分析可知，随着拧紧速度的增加，扭矩系数会减小，并且扭矩系数的波动也会有一定程度的减小，即较大的拧紧的速度有利于降低扭矩系数，增加扭矩系数稳定性，间接增加预紧力的稳定性。根据上述实验与分析可知，拧紧速度越高，拧紧扭矩系数K 值越小，越有利于拧紧扭矩向预紧力的转换；拧紧速度越高，拧紧扭矩系数K值越趋于平稳，即预紧力离散程度越趋于稳定。

产生这种现象的可能原因是拧紧速度对结合表面摩擦系数的影响，即拧紧速度越高，表面磨损越快，表面温升越大，接触面表面更加平整，进而使扭矩系数数值减小且稳定性提高。但需要注意的是，在实际工程中，拧紧速度并不是越大越好，而要综合考虑技术条件、工人操作难度、工艺稳定性、生产效率等因素，进而设定科学合理的拧紧转速。
 

点评

懋博士：

分步拧紧和速度对预紧力的影响跟常规的已知经验非常一致。

由于存在拧紧工具转动惯量的影响，同样拧紧扭矩设定情况下，速度越大，预紧力越大。

分步拧紧有利于提高螺栓组预紧力一致性，两步拧紧与三步拧紧预紧力一致性非常接近，三步拧紧略微优于两步拧紧，而单步拧紧得到的螺栓预紧力分散度最大。

理论上分步多次拧紧会导致结合面表面粗糙度改变和摩擦系数降低，进而使扭矩系数降低、稳定性提高，预紧力一致性提高。但实际生产中，过多的拧紧步数会降低生产效率，增加“错拧”、“漏拧”等风险，因此需要对多方面因素进行综合权衡后确定合理的拧紧步数。

随着拧紧速度的增加，扭矩系数会减小，并且扭矩系数的波动也会有一定程度的减小，即较大的拧紧的速度有利于降低扭矩系数，增加扭矩系数稳定性，间接增加预紧力的稳定性。

但是，拧紧速度也不是越大越好，拧紧速度越大螺栓拧断的风险也会越大。一般在最终的拧紧时候，都是采用较低的拧紧转速，来降低扭矩的衰减。因为拧紧转速非常高时候，在拧紧过程中来不及衰减，就是在拧紧后造成较大的扭矩衰减。

一般螺栓拧紧时候要考虑两步拧紧，第一步高转速拧紧，提高装配效率，第二步低转速拧紧降低拧紧后的扭矩衰减。

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