拧紧扭矩知识

扭矩知识介绍1目录第一章拧紧基本术语与原理第二章螺栓的连接方式第三章螺栓连接拧紧过程简单介绍第四章扭矩的控制方法第五章扭矩检查方法第六章拧紧工具的简介及选配第七章拧紧的顺序第八章拧紧工作中常见问题第九章扭矩的防错第一章拧紧基本术语与原理拧紧实际上就是要使两被连接体间具备足够的压紧力，反映到被拧紧的螺栓上就是它的轴向预紧力（即轴向拉应力）。扭矩施加于轴圆周上使轴转动并产生扭曲形变等的扭转力偶或力矩。动态扭矩是自动拧紧工具在拧紧过程最终或扭转过程所得到的扭矩值，也就是在安装时用在线式扭矩传感器测量的值。静态扭矩用手动拧紧工具对已拧紧的螺栓加一个顺螺栓拧紧方向逐渐增大的扭矩，直至螺栓再一次产生拧紧运动的瞬间，记录下的刚产生运动时的扭矩值，该扭矩值即为静态扭矩。。标定用扭矩标定仪（扭矩传感器和角度编码器）串接于电动拧紧枪之中，跟踪电动拧紧枪在螺纹连接件上进行拧紧的过程，从而确认其拧紧扭矩和拧紧角度在其规定范围内的一种方法。32020年3月5日6/11拧紧原理预紧力螺栓拉伸螺栓插入被连接件，利用螺母或内螺纹拧紧使螺栓拉伸变形，这种弹性变形产生了轴向的拉力，将被夹零件挤压在了一起，称为预紧力。理论上，只要产生了足够的夹紧力，完全可以保证被夹零件在震动、高低温等恶劣环境下安全工作，而不必使用涂胶等辅助方法。扭矩■拧紧原理第一章拧紧基本术语与原理张力张力螺栓连接件中的力夹紧力剪切力剪切力抗张力抗张力第一章拧紧基本术语与原理152008-07-16The50-40-10规则扭矩100%夹紧力10%螺栓头下摩擦力50%螺纹副中摩擦力40%90%的扭矩用于克服摩擦力施加的扭矩并不象夹紧力那么简单•90%的扭矩被摩擦力消耗•只有10%的扭矩转化为夹紧力扭矩(M)=力(F)*力臂(L)第一章拧紧基本术语与原理10%螺栓头下摩擦力45%5%162008-07-16夹紧力与摩擦力的关系与影响螺栓头下摩擦力50%螺纹副中摩擦力40%螺栓头下摩擦力50%螺纹副中摩擦力40%夹紧力15%在螺栓头下加润滑油螺纹副中有杂质螺纹副中摩擦力45%摩擦力润滑后的螺栓坏的螺纹普通紧固轴力通常的情况第一章拧紧基本术语与原理影响夹紧力的因素错误的拧紧系统不可靠的装配技术沉降力温度摩擦–拧紧精度，夹紧力过低或过高–表面粗糙与润滑状态–螺丝质量差–材料不合适–工具不准确或不相配–螺丝质量差–错误的工件–设计缺陷–材料配对不合适–拧紧方法错误–膨胀系数不同–螺栓接合尺寸错误第一章拧紧基本术语与原理192008-07-16螺栓标识系统应力应变塑性范围极限抗拉强度螺栓失效破坏点弹性范围屈服强度应力N/mm²拉伸度屈服失效弹性区抗拉强度75%屈服强度极限抗拉强度极限1）8.8第一个数：表示公称抗拉强度的1/100（即最大抗张应力N/mm2)100×8=800N/mm2第二个数：表示公称屈服强度与公称抗拉强度比值的关系（即屈强比）0.8=80%两数相乘得出其屈服强度：800*0.8=640N/mm22）BUFO：表示生产商3）M：表示公制螺纹第一章拧紧基本术语与原理10扭矩角度贴合点扭矩角度贴合点硬连接30度软连接720度30度720度第二章螺栓连接的方式弹性松弛会影响夹紧力材料弹性松弛会使夹紧力衰减!Time第二章螺栓连接的方式222008-07-16牛米扭矩衰减工具断开衰减时间扭矩衰减:拧紧工作完毕后发生在紧固件上的扭矩降低现象即为扭矩衰减,衰减后的扭矩低于目标值但较为稳定,一般在拧紧操作完成后的30ms内会完成60%以上的扭矩衰减。对于任何连接，随着时间的推移，都会有一定程度的扭矩衰减，一般发生在以下两种情况中：1、粗糙的表面配合时造成的衰减；2、软连接中的扭矩衰减。第二章螺栓连接的方式装配手测(动态)(静态)102.6112102.6110101.4111101.2110102.4113100.9109102.1110102.4111101.0113101.8112101.84111.10.671.42.014.1均值标准偏差(Sigma)3Sigma硬连接数据分析静态扭矩高于动态扭矩均值标准偏差(Sigma)3Sigma装配手测(动态)(静态)100.288100.584100.792100.386100.490100.888100.586100.285100.284100.484100.4286.70.212.80.638.3软连接数据分析静态扭矩低于动态扭矩小结：通过以上硬连接与软连接的比较，同时结合现场情况，总结如下：1、在完全相同的拧紧状态下，硬连接与软连接所得到的最终扭矩是不同的；（完全相同是指同样的拧紧工具，以同样的转速，保持同样的稳定时间）；2、同一种连接方式，在拧紧工具的转速、保持时间不同的情况下，得到的最终拧紧力也是不同的；3、因为静态扭矩检测需要考虑进人为的因素进去，同时因为静态扭矩受摩擦力的影响非常大，而摩擦力的变化又是非常离散的，因此静态检测值会更离散一些；4、同时，对于某些角度拧紧的连接，静态检测只能检测其扭矩是否过低，而无法精确控制扭矩值。第二章螺栓连接的方式16拧紧角度值(o)扭矩(Nm)预拧紧开始夹紧夹紧形成最终拧紧第三章螺栓连接拧紧过程简介最终扭矩和角度值必须落在这一区域拧紧过程的可接受范围拧入准备拧紧角度[°]扭矩[Nm]多阶段拧紧拧紧1拆卸准备拧紧2扭矩[Nm]角度[°]拆卸后再拧紧方法，为了减少应力影响第四章扭矩的控制方法19根据拉伸-屈服极限的关系图，常用的扭矩控制方法有五种（1）扭矩控制法（T）（2）扭矩-转角控制法（TA）（3）屈服点控制法（TG）（4）质量保证法（QA）（5）扭矩斜率法1.扭矩控制法拧紧螺栓至设定的扭矩后，拧紧控制机构停止动作，其优点是较为简便，而且扭矩容易复验。影响扭矩法精度的最大因素不是控制系统本身的精度，主要是由于螺栓的材质、加工精度、润滑状态、拧紧速度等的不同，从而影响螺纹表面之间、螺母承压面等各个螺纹联接处的摩擦系数的变化。在实际应用中，摩擦力的离散状态非常严重，所以预紧力的离散值往往可以达到±20～30%，为了保证一定的预紧力，在用扭矩法控制的螺纹联接中往往采用较高的设计余量，以此弥补扭矩控制带来的偏差。目前大多数非关键部位的螺纹联接仍使用扭矩法。4.1扭矩控制法扭矩控制—转角监控法在采用扭矩控制的同时,用紧固转角θ作为指标对预紧力进行监控的控制方法。Ⅰ.20%N扭矩（举例）设定转角控制的起始点Ⅱ.从起始点计算转角，同时记录扭矩扭矩角度扭矩=OK角度：监控TmaxTmin20%θminθmax设定角度4.2扭矩-转角控制法2.扭矩/转角控制法扭矩—转角控制法是在扭矩控制法上发展起来的，应用这种方法，首先是把螺栓拧到一个不大的扭矩后，再从此点始，拧一个规定的转角的控制方法。它是基于的一定转角，使螺栓产生一定的轴向伸长及连接件被压缩，其结果产生一定的螺栓轴向预紧力的关系。应用这种方法拧紧时，设置初始扭矩（Ts）的目的是在于把螺栓或螺母拧到紧密接触面上，并克服开始时的一些如表面凸凹不平等不均匀因素。而螺栓轴向预紧力主要是在后面的转角中获得的。从图5中可见，摩擦阻力（图中以摩擦系数表示的）的不同仅影响测量转角的起点，并将其影响延续到最后。而在计算转角之后，摩擦阻力对其的影响已不复存在，故其对螺栓轴向预紧力影响不大。因此，其精度比单纯的拧矩法高。从图5可见，扭矩—转角控制法对螺栓轴向预紧力精度影响最大的是测量转角的起点，即图中TS所对应的S1（或S2）点。因此，为了获得较高的拧紧精度，应注意对S点的研究。4.2扭矩-转角控制法扭矩-转角控制法与扭矩控制法最大的不同在于：扭矩控制法通常将最大螺栓轴向预紧力限定在螺栓弹性极限的90％处，即图6中Y点处；而扭矩-转角控制法一般以Y-M区为标准，最理想的是控制在屈服点偏后。扭矩—转角控制法螺栓轴向预紧力的精度是非常高的，通过图6即可看出，同样的转角误差在其朔性区的螺栓轴向预紧力误差ΔF2比弹性区的螺栓轴向预紧力误差ΔF1要小得多。应用转角法，螺栓的负荷可以在它的弹性变形范围内，也可以进入塑性变形范围，大多数厂家用转角法一般在塑性区。如果螺栓要进入塑性变形范围，一定要进行严格的试验或检测。优点：受摩擦系数影响较小，可得到比较高的预紧力且预紧力的离散度较小。缺点：需要做大量的实验和分析工作，而且几乎无法复验，如果用扭力扳手来复验的话，预紧力可能会超过原先的设定值。4.2扭矩-转角控制法3.屈服点控制法屈服点控制法是把螺栓拧紧至屈服点后，停止拧紧的一种方法。它是利用材料屈服的现象而发展起来的一种高精度的拧紧方法。这种控制方法，是通过对拧紧的扭矩/转角曲线斜率的连续计算和判断来确定屈服点的。螺栓在拧紧的过程中，其扭矩/转角的变化曲线见图7。真正的拧紧开始时，斜率上升很快，之后经过简短的变缓后而保持恒定（a_b区间）。过b点后，其斜率经简短的缓慢下降后，又快速下降。当率下降一定值时（一般定义，当其斜率下到最大值的二分之一时），说明已达到屈服点（即图7中的Q点），立即发出停止拧紧信号。4.3屈服点控制法屈服点法利用了材料从弹性变形区向塑性变形区过渡时的特性，但是屈服点法同样要进行严格的试验或检测，以防螺栓和螺纹损坏或断裂。在屈服点控制法中，预紧力的大小主要取决于紧固件的屈服强度，因此能得到较大的预紧力，预紧力的离散度也较小，而且预紧力不受摩擦系数变化的影响。屈服点控制法要求对零件表面进行严格的处理，任何打滑和阻滞现象都会使扭矩/转角曲线偏离正常的范围从而使控制系统发出错误警告。此外对螺栓的要求也非常高：紧固必须是专门为屈服点拧紧设计的螺栓能达到塑性延伸螺纹摩擦必须明显小于头部下方的摩擦螺栓头和螺纹的材料不允许变形4.3屈服点控制法质量保证法质量保证法是通过测量螺栓的伸长量来确定是否达到屈服点的一种控制方法，虽然每一个螺栓的屈服强度不一致，也会给拧紧带来误差，但其误差一般都非常小。在螺栓伸长法中所采取的测量螺栓伸长量的方法，一般是用超声波测量，超声波的回声频率随螺栓的伸长而加大，所以，一定的回声频率就代表了一定的伸长量。图11就是螺栓伸长法的原理，由于螺栓在拧紧和拧松时，用超声仪所测得的回声频率随螺栓的拧紧（伸长）和拧松（减小伸长量）而发生变化的曲线并不重合，同一螺栓轴向预紧力的上升频率低于下降频率。这样，在用来测量螺栓的屈服点时应予以注意。该法已在日本的生产中得到应用。4.4质量保证法4.5扭矩斜率法扭矩斜率法扭矩斜率法是以扭矩-转角曲线中的扭矩斜率值的变化作为指标对初始预紧力进行控制的一种方法。该拧紧方法通常把螺栓的屈服紧固轴力作为控制初始预紧力的目标值。该拧紧方法一般在螺栓初始预紧力离散度要求较小并且可最大限度地利用螺栓强度的情况下使用。但是由于该拧紧方法对初始预紧力的控制与塑性区的转角法基本相同，所以，需要对螺栓的屈服点进行严格的控制。该拧紧方法与塑性区的转角法相比，螺栓的塑性即反复使用等方面出现的问题较少，有一定的优势，但是，紧固工具比较复杂，也比较昂贵。2728第五章扭矩检查方法5.1过程法（动态扭矩监控）（1）固定传感器法：用于检测的扭矩传感器是固定在拧紧工具的输出轴上,对动态扭矩时时监控（2）直接法：在需要检测时，把用于检测的扭矩传感器直接串接于板头与被拧紧的螺栓之间，拧紧时可以直接读出读数29第五章扭矩检查方法5.2事后法（静态扭矩审核）（1）松开法：将拧紧的螺栓用扭矩扳手松开，读出松开时的瞬时值（2）紧固法：即对已经拧紧的螺栓用扭矩扳手沿螺栓的拧紧方向再施加一个逐渐增大的扭矩，直至螺栓再一次产生拧紧运动，读出此时的瞬时值,现在生产现场多使用此种方法（角度越小越好，一般在10°左右）（3）标记法：即对已经拧紧螺栓的拧紧位置做一个标记，将螺栓拧松之后再拧紧到原来位置时的扭矩值。使用测力扳手时可能会出现的问题：只能检查扭矩是否太低不能检查角度控制的扭矩值同时受静态摩擦力影响操作者使用不便(生产效率低、人机工程问题)必须定期校准测力扳手的误差大第五章扭矩检查方法工具选型概述工具选型：在新产品前期分析阶段和生