Åtdragningsmoment och förspänning
Det verkar enkelt att dra åt en bult med ett visst åtdragningsmoment och uppnå önskad förspänning. Men det finns flera faktorer som påverkar resultatet. Vad innebär den osäkerheten för säkerhet och tillförlitlighet – och hur vet man att en bult verkligen sitter åt?
Vad är åtdragningsmoment?
Definition av åtdragningsmoment
Åtdragningsmoment är produkten av en hävarmslängd och den vinkelräta kraft som appliceras på den. Att mäta vridmoment är ett indirekt sätt att uppskatta förspänning.
Åtdragningsmoment (T) = Kraft (F) x Längd (L)
Åtdragningsmoment måste övervinna friktion
Åtdragningsmoment är kraften som appliceras vinkelrätt på en hävarm, multiplicerad med hävarmens längd. Att mäta åtdragningsmoment är ett indirekt sätt att uppskatta förspänning.
Den största delen av det applicerade åtdragningsmomentet går åt till att övervinna friktionen i förbandet.
Vad är förspänning?
Förspänning – den axiella kraften i bulten
Förspänning är den axiella kraft i bulten som uppstår vid åtdragning. En förspänd bult skapar den reaktiva klämkraften i förbandet. Ett skruvförband utsätts för vibrationer och dynamiska laster, termiska cykler samt naturliga sättningar och relaxationer i de fastspända delarna. Att uppnå och bibehålla rätt förspänning är därför avgörande för skruvförbandets funktion.
Att uppnå och bibehålla förspänningskraften i bulten är avgörande för vilka yttre krafter och miljöpåfrestningar skruvförbandet kan motstå.
Sambandet mellan åtdragningsmoment och förspänningsresultat
På grund av det verkliga sambandet mellan angivet åtdragningsmoment och uppnådd förspänning är det svårt att konstruera ett säkert skruvförband enbart utifrån åtdragning. I strävan att säkerställa funktionell förspänning överkonstrueras förband ofta.
Sambandet mellan förspänning och åtdragningsmoment är linjärt och bestäms av friktionskoefficienten. Teoretiskt sett motsvarar ett specifikt momentvärde ett specifikt förspänningsvärde.
I praktiken är friktionskoefficienten inte ett fast värde utan varierar mellan ett min- och maxvärde. Därför resulterar ett specifikt åtdragningsmoment i en förspänning inom ett intervall – inte ett exakt värde.
Det kompliceras ytterligare av att åtdragningsmoment varierar på grund av verktygets noggrannhet och den som utför åtdragningen. Det ökar spridningen i uppnådd förspänning ytterligare.
Vad händer om förspänningskraften går under eller över det funktionella intervallet?
Under minsta funktionella förspänning riskeras:
- Kontaktförlust (oavsiktlig lossning)
- Glidning mellan fastspända delar
Över maximal funktionell förspänning riskeras:
Töjning av bult (överspänning), gängor eller de fastspända ytornas hållfasthet
Hur vet man hur hårt en skruv är åtdragen?
Sedan skruven uppfanns har maskiningenjörer och monteringsteam varit hänvisade till momentmätning och opraktiskt manuellt arbete – utan särskilt hög noggrannhet. Exempel på sådant arbete:
Momentmätning vid installation
Momentmätning görs vanligtvis vid installationen för en ungefärlig uppfattning om förspänningen. Men som förklaras ovan innebär metoden normalt flera okända faktorer och antaganden, vilket gör det svårt att säkerställa att funktionell förspänning faktiskt uppnåtts.
Momentkontroll
Momentkontroll utförs med en kalibrerad momentnyckel för att kontrollera om den ”klickar”. Om bulten inte rör sig anses den vara godkänd. Problemet är att friktionsförhållandet kan ha förändrats avsevärt sedan åtdragningen.
Återdragningskontroll
Återdragningskontroll är en mer giltig metod jämfört med momentkontroll, men innebär att den åtdragna bulten lossas och dras åt igen. Normalt kontrolleras den kraft som krävs för att lossa bulten, för att säkerställa att den sitter säkert. Lossningsvridmomentet är ofta inte linjärt i förhållande till åtdragningsvridmomentet – men metoden är ändå något mer tillförlitlig än enkel momentkontroll. Det kan verka något ironiskt att behöva lossa en bult helt för att veta om den sitter säkert.
Hur kan man då veta om en maskin är beroende av att en skruv sitter åt? Historiskt sett kunde förspänningskraften i skruvförband bara mätas under laboratoriebetingelser. Strainlabs förspänningsövervakning utrustar bultar med en inbyggd förspänningssensor som regelbundet rapporterar förspänningsnivåer – en lösning som för många industriella tillämpningar snabbt är lönsam jämfört med manuella momentkontroller och schemalagda underhållsintervall.
Vill ni minska risken för oväntade fel?
Med Strainlabs får ni kontinuerlig övervakning av kritiska förband och bättre beslutsunderlag för förebyggande underhåll, säkrare drift och färre manuella inspektioner.