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1、螺栓拧紧的基本技术,几个基本概念,3,A joint 连接,3,在工业领域大量采用 优于其它的连接方法,4,Torque definition 扭矩的定义,4,5,扭矩的物理定义,臂长,力,1 m,Torque 扭矩=臂长 x 力 1m x 1kg = 1kgm =9.8 Nm,答案:简单来说就是拧紧过程作用力与作用距离的乘积。,6,Minimum torque 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,6,7,Maximum torque 最大扭矩,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:
2、 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,8,ISO5393 螺栓连接的硬度,硬连接 720,扭矩,100%,螺栓开始受力,30,720, 角度,硬,软,0,5%,达到目标扭矩,8,9,螺栓的夹紧力和张力,10,CLAMPING FORCE 夹紧力,Clamping force 夹紧力,TENSION 张力,TORSION 扭力,TENSION张力 = CLAMPING FORCE夹紧力,Objective目的 Create a CLAMPING FORCE 创建一个夹紧力,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
3、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:,12,TENSION 产生张力 10%,TORSION 扭力100,THREAD FRICTION 螺纹摩擦力40%,Efforts Repartition 影响因素,CLAMPING FORCE 夹紧力,HEAD FRICTION 螺帽摩擦力50 %,只有10的扭矩被用来产生了张力!,TORQUE = TENSION + FRICTION,100 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,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
4、,螺栓张力、摩擦力和扭力,上紧力: F (10%) 摩擦力: (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) = K F,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
5、紧,扭矩,角度,弹性 区域,线性区域,搜寻,屈服点,最终拧紧,DC,Da,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,21,扭矩控制 螺栓张力的精度,扭矩 Nm,张力 KN,10,20,20,30,40,50,60,40,60,80,100,120,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
6、(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,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,1,2,3,
7、3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 KN,10,20,20,30,40,50,60,40,60,80,100,120,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
8、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.
9、,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,1,2,3,36,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 KN,10,20,20,30,40,50,60,40,60,80,100,120,中度涂油,角度值适中,完全涂油,角度值偏高,粗糙/不涂油
10、,张力散布 15 to 25%,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,41,Maximum torque 最大扭矩,41,42,原理监测扭矩变化率,43,屈
11、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(1525%),也可以鉴别螺栓的异常状态。 屈服点控制策略 螺栓
12、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,47,Impact tools 冲击扳手,精度 : 3050%,硬连接,中性连接,软连接,流行度,30,30-360,360,主要优势. 较宽的扭矩范围 (10 to 5000Nm) 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,47,48,Impulse tools 液压脉冲气扳机,精度 : 10 15%,30,30-360,360,主要优势. 较宽的扭矩范围 (3.2 to 450Nm)
13、 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,49,Shut-off nutrunners 离合器工具,精度: 7 to 10%,30,30-360,360,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,50,Current control 电流型电动扭紧系统,30,30-360,360,精度 : 5 % to 7%,主要优势. 多扭紧策略 输出结果 环保,利用电
14、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,51,Torque control 传感器型电动扭紧系统,30,30-360,360,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,Basis on tightening technics Tool technologies How to select the right tool 任何选择扭紧工具,52,53,Cl
15、assification of assembly system螺栓连接的分级,53,54,Desoutter tools positionning 工具的定位,TORQUE OK,TORQUE+ BATCH OK,JOINT + BATCH OK,JOINT +BATCH OK +STORE,100 % GUARANTY,JOINT OK,CLUTCH - HAMMER,CURRENT - TORQUE,STORE RESULTS,TORQUE,54,55,More Than Productivity,56,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