扭矩知识

0装配车间培训讲义-----扭矩培训主编：叶水珍2012年12月第一版1Titel–DatumVersion-Name前言在自动化工业中，螺栓连接是很重要的一种连接方式。在VW集团内部，每天有超过50,000,000个紧固件被安装，一辆中型轿车上大约有2000个紧固件被安装。对于装配生产线而言，约60%的工位与螺栓连接有关。2Titel–DatumVersion-Name？现在为什么要调整拧紧抢的转速？调整后，转速变慢，节拍加长了，但是最终扭矩却没有变化。拧紧的目的是什么？用螺栓连接的部件，必须在任何工作条件下具有足够高的预紧力预紧力3Titel–DatumVersion-Name夹紧力预紧力：在连接中，在受到工作载荷之前，为了增强连接的可靠性和紧密型，以防止受到载荷后连接件间出现缝隙或相对滑移而预先加的力在预紧力的作用下，2个零件被夹紧在一起，不会分离4Titel–DatumVersion-Name摩擦力在有预紧力的情况下，通过2个零件之间的摩擦，产生一个摩擦力，以克服由外界因素（FB)产生的2个零件相对滑移的趋势5Titel–DatumVersion-Name扭矩目前没有一种方法在合理的费用下在在批量生产条件下来测量装配时预紧力的数值。只能在个别情况（实验室、试验室）下才有可能实现。扭矩是使物体发生转动的力，等于力和力臂的乘积，单位牛顿米(Nm)6Titel–DatumVersion-Name扭矩-预紧力转换7Titel–DatumVersion-Name有关螺纹连接的常用标准TL1111非合金热卷板；材料要求TL180非电解锌片与黑色面漆涂层，表面保护要求VW01110-1螺栓连接；设计和安装规定VW01110-2螺栓连接；装配和过程安全VW01126-1连接系统；螺栓连接的拧紧扭矩VW01126-2过弹性螺栓装配的拧紧扭矩DIN267-27紧固件-第27部分：带粘附层的钢制螺钉、螺栓和螺柱，技术规定DIN267-28紧固件-第28部分：带锁定图层的钢制螺钉、螺栓和螺柱，技术规定DINENISO18265金属材料-硬度值的换算DINENISO2702经过热处理的钢制自攻螺钉-机械特性VDI2230-1高负荷螺栓连接的系统计算VDI2862紧固系统在汽车工业中的应用等近80项标准8Titel–DatumVersion-Name摩擦系数极限值绝对不允许对螺栓、被连接件等自行加油！因为摩擦系数的因素，拧紧力矩和预紧力相互影响。摩擦系数受到材料组合和表面类型的影响。为实现可靠的螺纹连接，摩擦系数的变化必须在一定限制内。摩擦系数过小，会导致螺纹连接自行松脱9Titel–DatumVersion-Name影响摩擦系数的部分因素磕碰伤螺纹尺寸表面镀层表面破坏10次重复装配后,从内螺纹中脱落的金属屑表面有油摩擦系数受到拧紧速度的影响很大：速度快，发热量大，影响摩擦力。因此VW01129标准规定，旋入阶段速度≦200/min的和最后紧固阶段≦20/min湿度、温度10Titel–DatumVersion-Name螺纹紧固件的标识11Titel–DatumVersion-Name应变-应力曲线超过屈服强度，螺栓从弹性变形进入塑性变形；超过抗拉强度，螺栓将被拉断。12Titel–DatumVersion-Name螺纹紧固件类别EA888发动机EVO2大部分为B类13Titel–DatumVersion-Name拧紧系统的最低要求－必须根据规定的拧紧方法让所用设备（拧紧工具）有足够的空间，并且符合人体工程学，－在选择检测节奏和工具更换节奏时，必须考虑机床能力因磨损而可能过早变差，－必须保证均衡且充分的能量供给，－首次使用时或在螺栓拧紧不合格率提高时，必须检查所使用的连接元件，－在等同的时间间隔内，通过MNA值抽检已完工的螺栓拧紧状态，－规定适宜的措施，以防止遗漏螺栓连接（例如：在定力扳手上做颜色标记，视频监控，生产线联线控制，合格品报交计数）。只有在显示不合格信号时才能完全拧松。－人员必须经过充分的培训和指导，14Titel–DatumVersion-Name保证过程安全的单个拧紧方式的工序步骤编号拧紧方式带监控的拧紧工具产品相关的拧紧数据记录存档化学保护工序是否是否是否操作工1操作工21AD18XXXTE规定的MA值重新按照TE规定的MA值再弯曲并记录检测结果（如WPK上敲钢印，EDV，彩色标识等）XXX2AD18XXX拧紧至TE规定的MA值使用MP检测扭矩再弯曲（见5.7.1章）并记录检测结果（如WPK上敲钢印，EDV，彩色标识等）XXX3AW11和AW12XXXX1.TE规定的MA值并做标识2.达到TE规定的MS角度值并记录（如WPK上敲钢印，EDV等）重新用彩色标识并记录（如WPK上敲钢印，EDV，彩色标识等）4AW11和AW12XXXX达到TE规定的MS角度值并记录（如WPK上敲钢印，EDV，彩色标识等）使用MP检测扭矩再弯曲（见5.7.1章）并记录检测结果（如WPK上敲钢印，EDV，彩色标识等）15Titel–DatumVersion-Name拧紧设备标定标定的目的：保证拧紧系统稳定、可靠，数据真实。（公平秤，扭矩的传递）MQM：SVW的计量器具管理的专业部门B类计量器具：所有的用于拧紧功能的拧紧枪（轴）属于B类计量器具。B类计量器具标定周期：1年需临时标定的情况：更换过拧紧枪、轴本体；更换涉及其扭矩精度的部件，如扭矩输出转换头、高精度拧紧枪控制器拧紧设备经过大修MNA1值抽检异常或其他原因怀疑设备可能有异常螺栓拧紧系统，只有在证实各控制参数在达到机床能力指数Cmk1.67情况下才可称作安全。16Titel–DatumVersion-Name常见装配方法常见装配方法根据VW01110，有3种常见拧紧方法可以选择：过弹性装配：转角控制“AW11”或者屈服点以下装配：扭矩控制“AD18”转角控制“AW12”所有其他的装配拧紧方法均源自于这3种拧紧方法。螺纹连接的尺寸和拧紧方法的类型相互依赖。目前，装配一线使用了二种拧紧方法：AD18，AW11。17Titel–DatumVersion-Name常见装配方法二、AW11方式：AW11角度拧紧方式（转角控制/扭矩监控）。目标值是一个预先给出的从一个确定的预拧紧扭矩（MS）起算的拧紧转角（WA）。通过在旋入屈服点以下预紧固和紧接着施加转角，使螺栓连接明确进入屈服点。同时，测定各自的旋入强度和螺距所可获得的预加应力。现在不再存在头部下面的摩擦对预加应力的影响。在使用手动工具操作的转角控制装配中建议使用支架。如不使用，则须由负责的专业部门（规划、质保和制造部门）保证装配规定能够实现（扭矩、角度、弹性、过弹性）。一、AD方式：AD18扭矩拧紧方式（扭矩控制/转角监控）。目标值是规定的拧紧扭矩（MA）。18Titel–DatumVersion-Name常见装配方法示例19Titel–DatumVersion-Name转角控制法的优点20Titel–DatumVersion-Name转角控制法的优点为了获得同样的预紧力，采用转角控制法相对于扭矩控制法，可以采用直径较小强度较低的螺栓。21Titel–DatumVersion-Name螺栓使用次数AD18是一种位于屈服点以下的装配方法，通常情况下螺栓可以重复使用。AW11是一种过弹性的装配方法，拧紧后螺栓被拉长了，通常情况下螺栓不可以重复使用（除非PDM图上有明确使用次数标注）。另外，带胶的螺栓也不能重复使用。对于重复使用的螺栓，必须进行外观、螺纹等检查。22Titel–DatumVersion-Name重复拧紧时的预紧力变化螺栓M10-10.9–拧紧扭矩60Nm预紧力拧紧次数重复装配后,从内螺纹中脱落的金属屑23Titel–DatumVersion-NameAD18拧紧方法控制与监控参数在通常情况下，使用AD18拧紧方法在施加的拧紧扭矩实际值（MI）散射较小时，由于摩擦散射来调整一个大的预加应力散射。在旋入系统受到监控情况下，可以将施加的拧紧转角（WI）考虑为预加应力散射的控制点。水泵总成螺栓：9Nm±15%MA=9NmMS=30%-50%MAWI≥15°24Titel–DatumVersion-NameAW11拧紧方法控制与监控参数使用AW拧紧方法在终端扭矩（MI）形成较大散射的同时，出现一种小的预加应力散射。通过记录扭矩特征曲线/转角特征曲线，可以最简便地检查这种方法。在扭矩曲线/转角曲线上面部分，超过屈服点。以一根演变成平坦的曲线来表示这种情况。主轴承盖螺栓：65Nm±15%+90°±15°MS=65NmWA=90°25Titel–DatumVersion-NameMNA（MNA1、MNA2）检验螺栓拧紧系统，只有在证实各控制参数在达到机床能力指数Cmk1.67情况下才可称作安全。该指数基于瞬时接收的数据结果，因此不可能推断长时间的稳定性。MQM的标定周期为1年，1年内的设备稳定性如何检验？MNA检验26Titel–DatumVersion-NameMNA（MNA1、MNA2）检验直接在装配之后的再拧紧扭矩，被称为MNA1，应该在装配后的30分钟内测定这些数值。而在连接部位已进行过动态载荷或者热应力（安装）后的再拧紧扭矩则被称之为MNA2。热试后进行MNA1有意义吗？MNA值就是在螺栓（亦或螺母）进一步拧紧时在较小角度（最大为10°）周围测得的最小扭矩MNA1测量频率须能够保证无有缺陷的成品出现在用户面前。当通过其他措施能够保证批量过程的安全时可以降低检测频率。出现新的零件时，必须在试装时进行的MNA1检测，并进行标准的判断。27Titel–DatumVersion-Name回顾1、用螺栓连接的部件，必须在任何工作条件下具有足够高的夹紧力（预加应力）2、一般只有8-16%的扭矩转换为预紧力3、VW01110-2：螺栓连接；装配和过程安全4、摩擦系数过小，会导致螺纹连接自行松脱；绝对不允许对螺栓、被连接件等自行加油！5、VW01129标准规定，旋入阶段速度≦200/min的和最后紧固阶段≦20/min6、螺栓种类必须按VDI2862标准分级归类：A螺栓安装、B螺栓安装、C螺栓安装。EA888发动机大部分为B类安装（与功能有关，即失效会导致汽车抛锚）7、螺栓拧紧系统，只有在各控制参数在达到机床能力指数Cmk1.67情况下才可称作安全。螺栓拧紧系统需定期标定，周期1年。8、根据VW01110，有3种拧紧方法可以选择：过弹性装配的转角控制“AW11”，屈服点以下装配的扭矩控制“AD18”和转角控制“AW12”9、目前，装配一线使用了二种拧紧方法：AD18，AW11。AD18是一种位于屈服点以下的装配方法，通常情况下螺栓可以重复使用。AW11是一种位于过弹性装配的装配方法，拧紧后螺栓被拉长了，通常情况下螺栓不可以重复使用（除非PDM图上有明确使用次数标注）。10、MNA值就是在紧固件进一步拧紧时在较小角度（最大为10°）周围测得的最小扭矩。直接在装配之后的再拧紧扭矩，被称为MNA1，应该在装配后的30分钟内测定。而在连接部位已进行过动态载荷或者热应力（安装）后的再拧紧扭矩则被称之为MNA2。28Titel–DatumVersion-Name谢谢！