बोल्ट टॉर्क सिद्धांत और छह कसने के नियंत्रण तरीके

वास्तविक असेंबली स्थितियों में, जुड़े घटकों और बोल्ट के अक्षीय प्रीलोड के बीच क्लैंपिंग बल को सीधे मापा या सटीक रूप से नियंत्रित नहीं किया जा सकता है। इसलिए, मानकीकृत प्रीलोड नियंत्रण प्राप्त करने के लिए उद्योग आम तौर पर टॉर्क-आधारित अप्रत्यक्ष नियंत्रण विधियों को अपनाता है। यह आलेख कसने के दौरान टॉर्क और क्लैम्पिंग बल के बीच यांत्रिक संबंध के आधार पर मुख्यधारा के बोल्ट कसने के नियंत्रण तरीकों को व्यवस्थित रूप से समझाता है।

1. बोल्ट टॉर्क और क्लैम्पिंग फोर्स का सिद्धांत

जब बोल्ट पर कसने वाला टॉर्क लगाया जाता है, तो शैंक लोचदार रूप से खिंच जाता है, जिससे जोड़ को जकड़ने के लिए अक्षीय क्लैम्पिंग बल उत्पन्न होता है। मूल टोक़ सूत्र को इस प्रकार परिभाषित किया गया है: टोक़ (एम)=बल (एफ) × मोमेंट आर्म (एल)। सैद्धांतिक रूप से, एक बड़ा घूर्णन कोण उच्च टॉर्क उत्पन्न करता है; हालाँकि, अधिकांश लागू टॉर्क वास्तविक ऑपरेशन में घर्षण द्वारा खपत होता है।

सामान्य बोल्ट कसने का अनुसरण करता है50-40-10 टॉर्क वितरण नियम: 50% टॉर्क बोल्ट हेड के नीचे घर्षण पर काबू पाता है, 40% थ्रेड जोड़ी घर्षण पर काबू पाता है, और केवल 10% प्रभावी रूप से प्रयोग करने योग्य अक्षीय क्लैंपिंग बल में परिवर्तित होता है।

उदाहरण के लिए, जब एक बोल्ट को प्रक्रिया की आवश्यकता के अनुसार 10N·m तक कस दिया जाता है, तो केवल लगभग 1N·m ही प्रभावी अक्षीय क्लैम्पिंग में योगदान देता है, जबकि अधिकांश टॉर्क घर्षण के कारण नष्ट हो जाता है।

यह टॉर्क वितरण अनुपात निश्चित नहीं है। धागे की क्षति, गड़गड़ाहट, गंदगी और सतह के संदूषक घर्षण हानि को काफी बढ़ा देंगे। दोषपूर्ण थ्रेड स्थितियों में, वितरण 50% हेड घर्षण, 45% थ्रेड घर्षण और केवल 5% प्रभावी क्लैंपिंग बल में बदल जाता है।

ऐसे मामलों में, हालांकि मॉनिटर किया गया कसने वाला टॉर्क मानक को पूरा करता है, वास्तविक क्लैम्पिंग बल गंभीर रूप से अपर्याप्त है, जिसके परिणामस्वरूपझूठा कसना. जब फ्लाईव्हील और क्रैंकशाफ्ट जैसे उच्च गति से चलने वाले भागों पर लागू किया जाता है, तो गलत कसने से आसानी से बोल्ट ढीला या अलग हो जाता है और उपकरण विफलता हो जाती है।

थ्रेड दोषों के अलावा, नरम लोचदार गैसकेट भी टॉर्क क्षय और प्रीलोड हानि का कारण बनते हैं, जिसे नरम-संयुक्त टॉर्क क्षीणन के रूप में जाना जाता है। सामान्य नरम घटक जैसे सिलेंडर हेड गास्केट और ऑयल पैन गास्केट निरंतर संपीड़न के तहत विकृत और शिथिल हो जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप धीरे-धीरे प्रीलोड में कमी आती है। नरम-संयुक्त असेंबली के लिए क्लैंपिंग बल क्षीणन को कम करने के लिए माध्यमिक पुन: कसने की प्रक्रियाओं को व्यापक रूप से अपनाया जाता है।

उच्च टॉर्क का मतलब हमेशा बेहतर बन्धन नहीं होता है। अत्यधिक कसने से बोल्ट अपनी लोचदार सीमा से परे खिंच जाता है और प्लास्टिक विरूपण उत्पन्न करता है। एक बार जब तनाव उपज शक्ति से अधिक हो जाता है, तो बोल्ट स्थायी फ्रैक्चर से पीड़ित हो जाता है और बन्धन क्षमता पूरी तरह से खो देता है।

2. छह मुख्यधारा बोल्ट कसने की नियंत्रण विधियाँ

2.1 टॉर्क नियंत्रण विधि

टॉर्क नियंत्रण विधि सबसे सरल और सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली कसने की रणनीति है। इसका मूल सिद्धांत कसने वाले टॉर्क और अक्षीय प्रीलोड के बीच आनुपातिक संबंध है, जिसे सूत्र द्वारा व्यक्त किया गया है:T=K·F, जहां टी=कसने वाला टॉर्क, एफ=अक्षीय प्रीलोड, और के=टॉर्क गुणांक।

बोल्ट डिजाइन को अंतिम रूप देने के बाद, लक्ष्य अक्षीय प्रीलोड एफ तय किया गया है, और मानक कसने वाले टॉर्क टी को कैलिब्रेट किया जा सकता है। हालाँकि, योग्य टॉर्क मान हमेशा योग्य असेंबली गुणवत्ता की गारंटी नहीं देते हैं, मुख्य रूप से टॉर्क गुणांक K में उतार-चढ़ाव के कारण।

टॉर्क गुणांक K व्यापक घर्षण गुणांक के प्रति अत्यधिक संवेदनशील है, जो बोल्ट परिशुद्धता, थ्रेड क्षति, संदूषण और सतह की स्थिति से प्रभावित होता है। तापमान भी एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। सुमितोमो जापान के प्रयोगों से साबित होता है कि परिवेश के तापमान में प्रत्येक 1 डिग्री की वृद्धि के लिए टॉर्क गुणांक K 0.31% कम हो जाता है।

वीडीआई (जर्मन इंजीनियर्स एसोसिएशन) परीक्षण रिपोर्ट के अनुसार, शून्य टॉर्क त्रुटि के साथ भी, शुद्ध टॉर्क नियंत्रण के तहत अक्षीय प्रीलोड त्रुटि ±27.2% तक पहुंच सकती है, जो सीमित सटीकता का संकेत देती है।

अनुप्रयोग विशेषताएँ: कसने का कार्य भीतर किया जाता हैपेंच लोचदार क्षेत्र. लक्ष्य टॉर्क आम तौर पर उपज टॉर्क के 50% और 85% के बीच निर्धारित किया जाता है। लागू टॉर्क का लगभग 90% घर्षण पर काबू पा लेता है, जिसके परिणामस्वरूप ±25% की प्रीलोड सटीकता प्राप्त होती है।

लाभ: सरल ऑपरेशन, कम लागत, और मानक टॉर्क रिंच के साथ निरीक्षण योग्य, बड़े पैमाने पर सामान्य असेंबली के लिए उपयुक्त।

नुकसान: कम कसने की परिशुद्धता, अपर्याप्त सामग्री उपयोग, और तापमान, धागे की स्थिति और सतह संदूषण के प्रति उच्च संवेदनशीलता, जिससे खराब स्थिरता होती है।

2.2 टॉर्क-कोण नियंत्रण विधि (टीए विधि / सुपर-इलास्टिक नियंत्रण)

टॉर्क-एंगल नियंत्रण विधि बुनियादी टॉर्क नियंत्रण पर आधारित एक उन्नत उच्च परिशुद्धता कसने की रणनीति है। प्रक्रिया में दो चरण होते हैं: पहला, संयुक्त अंतराल को खत्म करने और पूर्ण सतह संपर्क सुनिश्चित करने के लिए बोल्ट को पूर्व निर्धारित प्रारंभिक टॉर्क (आमतौर पर मानक टॉर्क का 40% -60%, प्रक्रिया सत्यापन के माध्यम से निर्धारित) तक कस लें; फिर सटीक अक्षीय बढ़ाव प्राप्त करने के लिए बोल्ट को एक निर्दिष्ट कोण से घुमाएँ।

फिक्स्ड-एंगल रोटेशन सटीक रूप से बोल्ट बढ़ाव और संयुक्त संपीड़न को नियंत्रित करता है, असमान सतह संपर्क और घर्षण असंगतता को समाप्त करता है। दूसरे कसने के चरण में, प्रीलोड को रोटेशन कोण द्वारा सटीक रूप से निर्धारित किया जाता है, जिससे घर्षण हस्तक्षेप काफी कम हो जाता है और शुद्ध टॉर्क नियंत्रण की तुलना में बहुत अधिक सटीकता प्राप्त होती है।

इस विधि में सटीक उत्पादन लाइनों के लिए प्रारंभिक टॉर्क और रोटेशन कोणों को सटीक रूप से सेट करने के लिए मोटर, गियर ड्राइव और उच्च-परिशुद्धता सेंसर से लैस विद्युत कसने वाले उपकरणों की आवश्यकता होती है।

अनुप्रयोग विशेषताएँ: इलास्टिक रेंज के भीतर दो चरण का कसना (टॉर्क आरंभीकरण + कोण रोटेशन)। प्रारंभिक टॉर्क और कोण मापदंडों के लिए प्रयोगात्मक अंशांकन की आवश्यकता होती है। प्रीलोड सटीकता ±15% तक पहुँच जाती है।

लाभ: उच्च कसने की परिशुद्धता और स्थिर अक्षीय क्लैंपिंग बल, मध्यम और उच्च परिशुद्धता घटक असेंबली के लिए उपयुक्त।

नुकसान: जटिल नियंत्रण प्रणाली जिसमें टॉर्क और कोण की दोहरी निगरानी की आवश्यकता होती है; पारंपरिक निरीक्षण उपकरणों के साथ कठिन गुणवत्ता सत्यापन।

2.3 उपज बिंदु नियंत्रण विधि (टीजी विधि)

उपज बिंदु नियंत्रण विधि सामग्री प्लास्टिक गुणों के आधार पर एक उच्च परिशुद्धता कसने वाली तकनीक है। यह बोल्ट उपज सीमा की पहचान करने के लिए टॉर्क-कोण वक्र की ढलान की लगातार निगरानी करता है और उपज बिंदु तक पहुंचने पर तुरंत कसना बंद कर देता है।

प्रारंभिक कसने के चरण में, टॉर्क-कोण ढलान तेजी से बढ़ता है और फिर लोचदार सीमा के भीतर स्थिर हो जाता है। जैसे-जैसे बोल्ट प्लास्टिक उपज के करीब पहुंचता है, ढलान धीरे-धीरे कम हो जाती है। जब ढलान अपने अधिकतम मूल्य के 50% तक गिर जाता है, तो कसना स्वचालित रूप से बंद हो जाता है, जो उपज बिंदु को दर्शाता है।

लोचदार-क्षेत्र कसने की तुलना में, उपज-क्षेत्र कसने से कोण विचलन के कारण होने वाली प्रीलोड त्रुटियां कम हो जाती हैं, सामग्री उपयोग अधिकतम हो जाता है, और घर्षण हस्तक्षेप समाप्त हो जाता है।

अनुप्रयोग विशेषताएँ: वास्तविक समय टॉर्क और ग्रेडिएंट मॉनिटरिंग; ±8% के भीतर प्रीलोड सटीकता; बोल्ट गंभीर उपज स्थिति तक पहुंच जाते हैं और कसने के बाद उनका पुन: उपयोग नहीं किया जा सकता है।

लाभ: अत्यधिक उच्च परिशुद्धता, उत्कृष्ट प्रीलोड स्थिरता, और बोल्ट यांत्रिक शक्ति का पूर्ण उपयोग।

नुकसान: उच्च लागत वाले उच्च-स्तरीय सटीक उपकरणों की आवश्यकता होती है; लगातार बोल्ट उपज शक्ति और कच्चे माल की गुणवत्ता पर अत्यधिक निर्भर।

2.4 सीट-प्वाइंट कोण नियंत्रण विधि (एसपीए विधि)

सीट-प्वाइंट एंगल (एसपीए) विधि पारंपरिक टीए विधि से अनुकूलित एक उन्नत उच्च परिशुद्धता कसने की तकनीक है। टीए नियंत्रण में उपयोग किए जाने वाले निश्चित-टोक़ प्रारंभिक बिंदु के विपरीत, एसपीए प्रारंभिक टोक़ विचलन को समाप्त करते हुए, रैखिक टोक़-वक्र ढलान और क्षैतिज अक्ष के चौराहे के माध्यम से सटीक बैठने की उत्पत्ति की गणना करता है।

परीक्षण पुष्टि करते हैं कि टॉर्क-कोण वक्र विभिन्न घर्षण गुणांक के तहत काफी भिन्न होते हैं, जबकि बैठने का संदर्भ बिंदु लगभग सुसंगत रहता है। एक एकीकृत सीट बिंदु से घूमने से घर्षण अंतर और प्रारंभिक टोक़ विचलन के कारण होने वाली प्रीलोड त्रुटियां प्रभावी ढंग से समाप्त हो जाती हैं, जिससे टीए विधि की तुलना में उच्च सटीकता मिलती है।

मुख्य लाभ: प्रारंभिक चरण की टॉर्क त्रुटियों और घर्षण गड़बड़ी के लिए क्षतिपूर्ति करता है, एयरोस्पेस और सटीक उपकरण असेंबली जैसे उच्च-विश्वसनीयता अनुप्रयोगों के लिए कसने की स्थिरता और परिशुद्धता में काफी सुधार करता है।

2.5 बोल्ट बढ़ाव नियंत्रण विधि (क्यूए विधि)

बोल्ट बढ़ाव नियंत्रण विधि सीधे निर्धारित करती हैपेंच शैंक बढ़ाव को मापकर प्रीलोड करें। अल्ट्रासोनिक डिटेक्शन मुख्य धारा का दृष्टिकोण है, जो बढ़ाव और उपज की स्थिति को सटीक रूप से मापने के लिए अल्ट्रासोनिक इको आवृत्ति और बोल्ट स्ट्रेचिंग लंबाई के बीच रैखिक संबंध का उपयोग करता है।

यह विधि टोक़ और घर्षण से अप्रत्यक्ष हस्तक्षेप से बचती है, बोल्ट उपज शक्ति में व्यक्तिगत अंतर के कारण केवल छोटी त्रुटियां होती हैं। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि अल्ट्रासोनिक आवृत्ति वक्र कसने और ढीला करने के दौरान भिन्न होते हैं; प्रीलोड के तहत बढ़ती आवृत्ति ढीला होने के दौरान रिलीज़ आवृत्ति से कम होती है, जिसके लिए विभेदित अंशांकन की आवश्यकता होती है।

2.6 टॉर्क ग्रेडिएंट नियंत्रण विधि

टॉर्क ग्रेडिएंट नियंत्रण विधि बोल्ट उपज अक्षीय बल को लक्षित करते हुए प्रारंभिक प्रीलोड को सटीक रूप से नियंत्रित करने के लिए टॉर्क-कोण वक्र के वास्तविक समय ढलान परिवर्तनों की निगरानी करती है। इसे उच्च-मानक असेंबली में लागू किया जाता है, जिसमें न्यूनतम प्रीलोड फैलाव और अधिकतम सामग्री शक्ति उपयोग की आवश्यकता होती है।

इसका नियंत्रण तर्क प्लास्टिक-क्षेत्र कोण नियंत्रण के समान है, लेकिन बार-बार प्लास्टिक विरूपण के कारण होने वाले प्रदर्शन में गिरावट को कम करते हुए, अधिक सटीक उपज-बिंदु विनियमन प्रदान करता है। यह पारंपरिक प्लास्टिक कसने के तरीकों की तुलना में बेहतर स्थिरता प्रदान करता है।

नुकसान: उच्च परिशुद्धता प्रक्रिया अंशांकन और डिबगिंग आवश्यकताओं के साथ परिष्कृत और महंगे कसने वाले उपकरण की आवश्यकता होती है।