基本螺栓扭紧策略

螺栓拧紧的基本技术几个基本概念3Ajoint连接3•在工业领域大量采用•优于其它的连接方法4Torquedefinition扭矩的定义45扭矩的物理定义臂长力1m1kgTorque扭矩=臂长x力1mx1kg=1kgm=9.8Nm答案：简单来说就是拧紧过程作用力与作用距离的乘积。6Minimumtorque最小扭矩最小扭矩需求•部件之间的夹紧力必须大于其外部负载。•还需留有安全余量，考虑:–振动–摩擦力的变化–材料的尺寸–扭紧的精度67Maximumtorque最大扭矩角度扭矩•施加过大的扭矩势必加大螺栓的塑性变形•安全余量应考虑:–扭紧方法的精度–螺栓的质量最大的螺栓允许扭矩7最大扭矩点8ISO5393螺栓连接的硬度•硬连接–α30°•中性连接–30α720°•软连接–α720°扭矩100%螺栓开始受力30°720°α,角度硬软05%达到目标扭矩89螺栓的夹紧力和张力张力张力夹紧力夹紧力10CLAMPINGFORCE夹紧力Clampingforce夹紧力TENSION张力TORSION扭力TENSION张力=CLAMPINGFORCE夹紧力Objective目的CreateaCLAMPINGFORCE创建一个夹紧力Torsion扭力Tension张力Clampingforce夹紧力10张力与夹紧力：大小相等，方向相反！11控制安装扭矩生产中真正需要的是控制夹紧力－螺栓的张力•目前还没有可行的手段•控制影响夹紧力的其他参数只能使用：12TENSION产生张力10%TORSION扭力100％THREADFRICTION螺纹摩擦力40%EffortsRepartition影响因素CLAMPINGFORCE夹紧力HEADFRICTION螺帽摩擦力50%只有10％的扭矩被用来产生了张力！TORQUE=TENSION+FRICTION100％＝10%＋90%12扭矩张力摩擦力13应用于拧紧过程中的扭矩分配40%10%50%14螺纹摩擦系数螺栓表面处理螺母表面处理干性轻微浸油无处理无处理0.18-0.350.14-0.26涂磷无处理0.25-0.400.17-0.30电镀锌无处理0.11-0.360.11-0.20涂磷涂磷0.13-0.240.11-0.17电镀锌电镀锌0.18-0.420.13-0.22虽然摩擦力不符合需要，但它可以防止螺栓因震动引起的松动15螺栓张力、摩擦力和扭力•上紧力:F(10%)•摩擦力:µ(90%)摩擦力取决于:–表面条件（如光洁度）–部件的几何形状–润滑油•接合处弹性系数:K•T（螺栓张力）=KµF摩擦力50%40%例如，如果接合处的摩擦力系数从0.18(干燥）变到0.14(轻微涂油）。对于同样的安装扭矩，夹紧力会提高28%。16结论：如果其它工艺条件没有得到控制，那么仅仅控制扭矩是无用的。认识到这点很重要！这也就导致人们坚持不懈的去研究扭紧的策略……螺栓拧紧策略基本原理介绍18拧紧过程分析－角度与扭矩的关系•套筒与紧固件结合(寻帽).•快速拧紧.•弹性区域.•半弹性区域.•塑性区域.门限扭矩快速拧紧扭矩角度弹性区域线性区域搜寻屈服点最终拧紧DCDa塑性区域半弹性区域19螺栓拧紧策略－扭矩控制扭矩控制扭矩控制+角度监测角度控制+扭矩监测屈服点策略电流+角度摩擦力扭矩连续扭矩20扭矩控制–拧紧过程分析起始扭矩快速拧紧扭矩时间寻帽最终拧紧目标最大扭矩最小扭矩最终扭矩21扭矩控制–螺栓张力的精度扭矩Nm张力KN10202030405060406080100120最终扭矩±2%中度浸油充分浸油干燥/无油张力散布±50%22扭矩控制策略的效果•方法简单，普通拧紧工具均可。•尽管扭矩的重复性和准确度可以控制的很好，但这种方法却不能检测出紧固件的任何问题（不能防错/纠错）•张力波动能够超过±50%.•检查不出连接的缺陷(螺栓长短，螺栓尺寸错误…)23扭矩控制不能做到防错/纠错24应用－扭矩控制策略:•所有不涉及安全方面的拧紧：–车体组件–仪表盘–汽车零部件–黑白家电(如洗衣机…)–其他25扭矩控制扭矩控制+角度监测角度控制+扭矩监测屈服点策略电流+角度摩擦力扭矩连续扭矩螺栓拧紧策略－扭矩控制＋角度监测26扭矩控制+角度监测扭矩角度门限时间最终扭矩最大.目标最小.最终角度角度最大.最小.安全角度27合格的拧紧扭矩角度门限扭矩变化率分散导致公差很大目标扭矩最大.最小.角度最小设定角度安全角度1233种不同的扭矩变化率最大设定角度28不合格的拧紧扭矩角度门限正确的扭矩范围目标扭矩最大.最小.角度最大角度最小角度安全角度不合格不合格•孔洞不能完全填满•螺栓尺寸太大•目标扭矩中止转动•低质量螺栓(延伸)•螺栓尺寸小•螺纹磨损•安全角度中止转动29扭矩控制＋角度监测－－张力的精度扭矩Nm张力KN10202030405060406080100120适中涂油，角度值居中完全涂油，较高角度值粗糙/没有涂油角度值较低张力散布±50%最终扭矩±2%30扭矩控制＋角度监测策略的效果:•重复精度和准确度与扭矩控制一样，但可以容易地检查出紧固件摩擦系数的变化（螺栓尺寸大，螺栓质量差等）•张力波动范围是±50%.31角度检测可以识别螺栓在扭紧过程中错误扭矩控制和角度监测策略效果:32•安全密切相关的安装无需特殊张力精度要求或将来不太可能再拧紧的装配:–车轮安装–前后轮榖总成–车身副车架连杆–发动机装配–变速箱装配应用：扭矩＋角度控制策略:33扭矩控制扭矩控制+角度监测角度控制+扭矩监测屈服点策略电流+角度摩擦力扭矩连续扭矩螺栓拧紧策略－角度控制＋扭矩监测34角度＋扭矩的扭紧过程分析门限时间扭矩扭矩发展最终扭矩最终角度峰值扭矩角度最大.最小.角度发展最大.最小.目标角度拧紧+拧紧轴转动拧紧轴转矩35合格的扭紧曲线3种不同的扭矩变化率扭矩角度门限最终扭矩窗口目标角度最小监测扭矩角度最大设定角度最小设定角度最大监测扭矩12336不合格曲线扭矩角度门限安全扭矩最终扭矩窗口目标角度角度最小设定角度最大监测扭矩不合格不合格•螺栓滑丝•螺栓尺寸过大目标窗口最大设定角度最小监测扭矩37角度＋扭矩=螺栓张力的精度角度张力KN10202030405060406080100120中度涂油，角度值适中完全涂油，角度值偏高粗糙/不涂油张力散布±15to25%最终角度±3%38角度控制＋扭矩监测策略的效果:•和前述拧紧策略比较：有较好的张力的重复精度和准确度•也能检测出拧紧过程中的异常现象•根据不同的摩擦系数和装配弹性，张力的精度在±15～25%之间39应用－角度拧紧＋扭矩监测:•安全密切相关的部件或发动机内的高可靠性部件:–连杆和发动机主轴承–飞轮–发动机汽缸盖–刹车盘卡钳–转向器部件40扭矩控制扭矩控制+角度监测角度控制+扭矩监测屈服点控制策略电流+角度摩擦力扭矩连续扭矩螺栓拧紧策略－屈服点控制41Maximumtorque最大扭矩41角度扭矩最大扭矩点42原理－监测扭矩变化率扭矩角度最终角度角度门限开始扭矩变化率计算：P0=1到32度的采样率最终扭矩屈服点在这一点上，扭矩变化率明显变小，并趋近于零计算每一度0DaDCPDDCa43屈服点策略的效果:•螺栓张力直接取决于机械特性。因此重复性和准确度都要优于角度和扭矩控制的拧紧策略，它同样也能探测出拧紧缺陷。•它可以在最大安全限度内发挥螺栓的最好性能，从而得到最好的装配效果。44•安全紧密相关的部件或发动机内高可靠性要求的部件:–制动器–发动机汽缸盖–液压泵应用－屈服点控制策略45总结•扭矩控制–易于实现，便于控制–张力散布较大（50%），不能鉴别螺栓的异常状态。•扭矩控制+角度监测–张力散布仍然较大（50%），但可以鉴别螺栓的异常状态。•角度控制+扭矩监测–螺栓扭紧与摩擦力无关。–螺栓张力散布较小（15％～25%），也可以鉴别螺栓的异常状态。•屈服点控制策略–螺栓张力直接取决于机械特性。因此重复性和准确度都要优于角度和扭矩控制的拧紧策略，它同样也能探测出拧紧缺陷。常用扭紧工具特性介绍47Impacttools冲击扳手精度:±30~±50%硬连接中性连接软连接流行度3030-360360主要优势.较宽的扭矩范围(10to5000Nm)较低的反作用力高功率重量比通过冲击器输出旋转加冲击，具有较高的功率重量比反作用力功率重量比振动环境清洁度噪音4748Impulsetools液压脉冲气扳机精度:±10~±15%3030-360360主要优势.较宽的扭矩范围(3.2to450Nm)无反作用力高的功率重量比扭矩可调由高压油脉冲冲击扳轴产生旋转加冲击的效果48反作用力功率重量比振动环境清洁度噪音硬连接中性连接软连接流行度49Shut-offnutrunners离合器工具精度:±7to±10%3030-360360主要优势.多用途的工具易于维护精度高通过机械离合器调节输出扭矩49硬连接中性连接软连接流行度反作用力功率重量比振动环境清洁度噪音50Currentcontrol电流型电动扭紧系统3030-360360精度:±5%to±7%主要优势.多扭紧策略输出结果环保利用电流来控制扭矩的工具50反作用力功率重量比振动环境清洁度噪音硬连接中性连接软连接流行度51Torquecontrol传感器型电动扭紧系统3030-360360精度:±3%to±5%主要优势.保证扭矩质量真实的扭矩显示多扭紧策略环保利用内置传感器来控制扭矩的工具51反作用力功率重量比振动环境清洁度噪音硬连接中性连接软连接流行度52工具选择•Basisontighteningtechnics•Tooltechnologies•Howtoselecttherighttool任何选择扭紧工具5253Classificationofassemblysystem螺栓连接的分级CATEGORY分级ASSEMBLYCRITICITY危害性Example示例NEEDS需求STANDARD标准级THEFAILUREDOESNTAFFECTTHEMACHINEFUNCTIONINGSunroof,plasticprotection1-TOASSUREACORRECTTORQUE2-TOASSURETHATALLSCREWSARETIGHTENEDATCORRECTTORQUECRITICAL重要级THEFAILURECANONLYAFFECTMACHINEFUNCTIONINGGearboxfixture,Enginefixture3-TOASSURETHATTHEJOINTISCORRECT4-TOASSURETHATALLSCREWSARETIGHTENEDANDALLJOINTSARECORRECTSAFETYCRITICAL安全重要级THEFAILURECANAFFECTUSERSAFETYWheel,Brakes5-TOASSURETHATALLSCREWSARETIGHTENEDANDALLJOINTSARECORRECT-TOTRACEERRORSANDSTOREALLRESULTS6-100%GUARANTY5354Desouttertoolspositionning工具的定位STANDARD普通级CRITICAL重要级SAFETYCRITICAL安全重要级TORQUEOKTORQUE+BATCHOKJOINT+BATCHOKJOINT+BATCHOK+STORE100%GUARANTYJOINTOKCLUTCH-HAMMERCURRENT-TORQUESTORERESULTSTORQUE5455MoreThanProductivity56拧紧策略•扭矩控制•扭矩控制+角度监测•角度控制+扭矩监测•屈服点策略•电流+角度•摩擦力扭矩•连续扭矩57特点:•施加扭矩和为获得该扭矩而流经电机的电流有直接的关系•经过标定，消耗电流可以取代扭矩传感器•无需扭矩传感器•扭矩精度比带扭矩传感器的工具稍低58电流和角度策略的应用•无特别扭矩精度要求的装配:–机加工零件时拧紧和拧松工件夹具–接油盘–