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1、螺栓拧紧的基本技术螺栓拧紧的基本技术几个基本概念几个基本概念A joint 连接连接3 在工业领域大量采用在工业领域大量采用 优于其它的连接方法优于其它的连接方法3Torque definition 扭矩的定义4 4扭矩的物理定义扭矩的物理定义臂长臂长力力1 m1kgTorque Torque 扭矩扭矩扭矩扭矩= =臂长臂长臂长臂长 x x 力力力力1m 1m x 1kgx 1kg = 1kgm =9.8 Nm= 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。答案：简单来说就是拧紧过程作用力与作用距离的乘积。5Minimum torque 最小扭矩最小扭矩需求最小
2、扭矩需求部件之间的夹紧力必须大于其部件之间的夹紧力必须大于其外部负载。外部负载。还需留有安全余量，考虑还需留有安全余量，考虑:振动振动摩擦力的变化摩擦力的变化 材料的尺寸材料的尺寸扭紧的精度扭紧的精度6 6Maximum torque 最大扭矩角度扭矩施加过大的扭矩势必加大螺施加过大的扭矩势必加大螺栓的塑性变形栓的塑性变形安全余量应考虑安全余量应考虑:扭紧方法的精度扭紧方法的精度螺栓的质量螺栓的质量最大的螺栓允许扭矩最大的螺栓允许扭矩7最大扭矩点最大扭矩点7ISO5393 螺栓连接的硬度硬连接硬连接 30中性连接中性连接30 720扭矩扭矩100%螺栓开始受力螺栓开始受力 720, 角度角度硬
3、硬软软05%达到目标扭矩达到目标扭矩 8 8螺栓的夹紧力和张力螺栓的夹紧力和张力 张力张力 张力张力 夹紧力夹紧力 夹紧力夹紧力9CLAMPING FORCE夹紧力夹紧力Clamping force 夹紧力TENSION张力张力TORSION扭力扭力TENSION张力张力 = CLAMPING FORCE夹紧力夹紧力Objective目的目的Create a CLAMPING FORCE创建一个夹紧力创建一个夹紧力 Torsion 扭力扭力 Tension 张力张力 Clamping force 夹紧力夹紧力10张力与夹紧力：大小相等，方向相反！张力与夹紧力：大小相等，方向相反！10控制安装控
4、制安装 扭矩扭矩生产中真正需要的是控制夹紧力螺栓的张力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目前还没有可行的手段控制影响夹紧力的其他参数控制影响夹紧力的其他参数只能使用：只能使用：11TENSION产生张力产生张力 10%TORSION扭力扭力100THREAD FRICTION 螺纹摩擦力螺纹摩擦力40%Efforts Repartition 影响因素CLAMPING FORCE夹紧力夹紧力HEAD FRICTION 螺帽摩擦力螺帽摩擦力50 %只有只有10的扭矩被用来产生了张力！的扭矩被用来产生了张力！TORQUE = TENSION + FRICTION100 10%
5、 90% 12扭矩扭矩 张力张力 摩擦力摩擦力12应用于拧紧过程中的扭矩分配应用于拧紧过程中的扭矩分配40% 10% 50%13螺纹摩擦系数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14螺栓张力、摩擦力和扭力螺栓张力、摩擦力和扭力上紧力上紧力: F (10%)摩擦力摩擦力: (90%)摩擦力取决于摩擦力取决于:表面条件表面条件（如光洁度）（如光洁度）部件的几何形状部件的几何形状润滑油润滑油接合处弹性系数接合处弹性系数: KT（螺栓张力）（螺栓张力） = K F摩擦力摩擦力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
6、扭矩，夹紧力会提高28%。15结论：结论：如果其它工艺条件没有得到控制，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。那么仅仅控制扭矩是无用的。认识到这点很重要！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这也就导致人们坚持不懈的去研究扭紧的策略16螺栓拧紧策略基本原理介绍螺栓拧紧策略基本原理介绍拧紧过程分析角度与扭矩的关系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.门限扭矩门限扭矩快速拧紧快速拧紧扭矩扭矩角度角度弹性弹性区域区域线性区域线性区域搜寻搜寻屈服点屈服点最终拧紧最终拧紧C塑性塑性区域区域半半弹弹性性区区域
7、域18螺栓拧紧策略扭矩控制螺栓拧紧策略扭矩控制l 扭矩控制l 扭矩控制 + 角度监测l 角度控制 + 扭矩监测l 屈服点策略l 电流 + 角度l 摩擦力扭矩l 连续扭矩19扭矩控制扭矩控制 拧紧拧紧过程分析过程分析起始扭矩起始扭矩快速拧紧快速拧紧扭矩扭矩时间时间寻帽寻帽最终拧紧最终拧紧目标目标最大扭矩最大扭矩最小扭矩最小扭矩最终扭矩最终扭矩20扭矩控制扭矩控制 螺栓张力的精度螺栓张力的精度 扭矩扭矩 Nm张力张力 KN10202030405060406080100120 最终扭矩最终扭矩 2% 中度浸油中度浸油 充分浸油充分浸油 干燥干燥 / 无油无油 张力散布张力散布 50% 21扭矩控制策
8、略的效果扭矩控制策略的效果方法简单，普通拧紧工具均可。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（不能防错检测出紧固件的任何问题（不能防错/纠错）纠错）张力波动能够超过张力波动能够超过 50%.检查不出连接的缺陷检查不出连接的缺陷 (螺栓长短，螺栓尺寸错误螺栓长短，螺栓尺寸错误 )22扭矩控制不能做到防错扭矩控制不能做到防错/纠错纠错23应用扭矩控制策略应用扭矩控制策略:所有不涉及安全方面的拧紧：车体组件车体组件仪表盘仪表盘汽汽车零部件零部件黑白家电黑白家电 (如如洗衣机洗衣
9、机 )其他其他24l 扭矩控制l 扭矩控制扭矩控制 + + 角度监测角度监测l 角度控制 + 扭矩监测l 屈服点策略l 电流 + 角度l 摩擦力扭矩l 连续扭矩螺栓拧紧策略扭矩控制角度监测螺栓拧紧策略扭矩控制角度监测25扭矩控制扭矩控制 + 角度监测角度监测扭矩扭矩角度门限角度门限时间时间最终扭矩最终扭矩最大最大.目标目标最小最小.最终角度最终角度角度角度最大最大.最小最小.安全角度安全角度26合格的拧紧合格的拧紧扭矩扭矩角度角度门限门限扭矩变化率分散扭矩变化率分散导致导致公差很大公差很大目标扭矩目标扭矩最大最大.最小最小.角度角度最小设最小设定角度定角度安全角度安全角度1233种不同的扭矩变
10、化率种不同的扭矩变化率最大设最大设定角度定角度27不合格的拧紧不合格的拧紧扭矩扭矩角度角度门限门限正确的扭矩范围正确的扭矩范围目标目标扭矩扭矩最大最大.最小最小.角度角度最大最大角度角度最小最小角度角度安全角度安全角度不合格不合格不合格不合格 孔洞不能完全填满孔洞不能完全填满 螺栓尺寸太大螺栓尺寸太大 目标扭矩中止转动目标扭矩中止转动 低质量螺栓低质量螺栓 (延伸延伸) 螺栓尺寸小螺栓尺寸小 螺纹磨损螺纹磨损 安全角度中止转动安全角度中止转动28扭矩控制角度监测张力的精度扭矩控制角度监测张力的精度扭矩扭矩 Nm张力张力 KN10202030405060406080100120适中涂油，角度值居
11、中适中涂油，角度值居中 完全涂油，较高角度值完全涂油，较高角度值 粗糙粗糙/没有涂油没有涂油 角度值较低角度值较低张力散布张力散布 50% 最终扭矩最终扭矩 2% 29扭矩控制角度监测策略的效果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，重复精度和准确度与扭矩控制一样， 但可以容易地检查但可以容易地检查出紧固件摩擦系数的变化出紧固件摩擦系数的变化 （螺栓尺寸大，螺栓质量差等）（螺栓尺寸大，螺栓质量差等）张力波动范围是张力波动范围是 50%.30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扭矩控制和角度监测策略效果:31安全密切相关的安装无需特殊张力精度要求安全
12、密切相关的安装无需特殊张力精度要求 或或将来不太可能再拧紧的装配将来不太可能再拧紧的装配:车轮安装车轮安装前后轮榖总成前后轮榖总成车身副车架连杆车身副车架连杆发动机装配发动机装配变速箱装配变速箱装配应用：扭矩角度控制策略应用：扭矩角度控制策略:32l 扭矩控制l 扭矩控制 + 角度监测l 角度控制 + 扭矩监测l 屈服点策略l 电流 + 角度l 摩擦力扭矩l 连续扭矩螺栓拧紧策略角度控制扭矩监测螺栓拧紧策略角度控制扭矩监测33角度扭矩的扭紧过程分析角度扭矩的扭紧过程分析门限门限时间扭矩扭矩扭矩发展最终扭矩最终角度峰值扭矩峰值扭矩角度角度最大最大.最小最小.角度发展角度发展最大最大.最小最小.目
13、标角度拧紧 + 拧紧轴转动拧紧轴转矩34合格的扭紧曲线合格的扭紧曲线3种不同的扭矩种不同的扭矩变化率变化率 扭矩扭矩角度门限角度门限最终扭最终扭矩窗口矩窗口目标角度目标角度最小监最小监测扭矩测扭矩角度角度最大设最大设定角度定角度最小设最小设定角度定角度最大监最大监测扭矩测扭矩12335不合格曲线不合格曲线扭矩扭矩角度角度 门限门限安全扭矩安全扭矩最终扭最终扭矩窗口矩窗口目标角度目标角度角度角度最小设最小设定角度定角度最大监最大监测扭矩测扭矩不合格不合格不合格不合格 螺栓滑丝螺栓滑丝 螺栓尺寸过大螺栓尺寸过大目标窗口目标窗口最大设最大设定角度定角度最小监最小监测扭矩测扭矩36角度扭矩角度扭矩 =
14、 螺栓张力的精度螺栓张力的精度角度角度张力张力 KN10202030405060406080100120中度涂油，角度值适中中度涂油，角度值适中 完全涂油，角度值偏高完全涂油，角度值偏高 粗糙粗糙/不涂油不涂油张力散布张力散布 15 to 25%最终角度最终角度 3% 37角度控制扭矩监测策略的效果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和前述拧紧策略比较：有较好的张力的重复精度和准确度度也能检测出拧紧过程中的异常现象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，根据不同的摩擦系数和装配弹性， 张力的精度在张力的精度在 15 25%之间之间38
15、应用角度拧紧扭矩监测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连杆和发动机主轴承飞轮飞轮发动机汽缸盖发动机汽缸盖刹车盘卡钳刹车盘卡钳转向器部件转向器部件39l 扭矩控制l 扭矩控制 + 角度监测l 角度控制 + 扭矩监测l 屈服点控制策略l 电流 + 角度l 摩擦力扭矩l 连续扭矩螺栓拧紧策略屈服点控制螺栓拧紧策略屈服点控制40Maximum torque 最大扭矩41角度扭矩最大扭矩点最大扭矩点41原理原理监测扭矩变化率监测扭矩变化率扭矩扭矩角度角度最终角度角度门限角度门限开始扭矩变化率开始扭矩变化率 计算：
16、计算： P0 =1 到到 32 度的度的采样率采样率最终扭矩最终扭矩屈服点屈服点在这一点上，扭矩在这一点上，扭矩变化率明显变小，变化率明显变小，并趋近于零并趋近于零计算每一度计算每一度0CPCa42屈服点策略的效果屈服点策略的效果: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。43安全紧密相关的部件或发动机内高可靠性要求的安全紧密相关的部件或发动机内高可靠性要求的部件部件:制动器制动器发动机汽缸盖发动机汽缸盖液压泵液压泵应用屈服点控制策略应用屈服点控制策略44总结总结
17、扭矩控制扭矩控制易于实现，便于控制易于实现，便于控制张力散布较大（张力散布较大（50%），不能鉴别螺栓的异常状态。），不能鉴别螺栓的异常状态。 扭矩控制扭矩控制 + 角度监测角度监测张力散布仍然较大（张力散布仍然较大（50%），但可以鉴别螺栓的异常状态。），但可以鉴别螺栓的异常状态。 角度控制角度控制 + 扭矩监测扭矩监测螺栓扭紧与摩擦力无关。螺栓扭紧与摩擦力无关。螺栓张力散布较小（螺栓张力散布较小（1525%），也可以鉴别螺栓的异常状态。），也可以鉴别螺栓的异常状态。 屈服点控制策略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螺栓张力直接取决于机械特性。因此重复性和
18、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。度和扭矩控制的拧紧策略，它同样也能探测出拧紧缺陷。45常用扭紧工具特性介绍常用扭紧工具特性介绍Impact tools 冲击扳手冲击扳手精度精度 : : 3030 5 50%0%硬连接硬连接中性连接中性连接软连接软连接流行度流行度360主要优势主要优势. .较宽的扭矩范围较宽的扭矩范围 ( (1010 to to 5005000Nm)0Nm)较低的反作用力较低的反作用力高功率重量比高功率重量比通过冲击器输出旋转加冲击，具有通过冲击器输出旋转加冲击，具有通过冲击器输出旋转加冲击，具有通过冲击器输出旋转加冲击，具有较高的功率重量比较
19、高的功率重量比较高的功率重量比较高的功率重量比反作用力反作用力功率重量功率重量比比振动振动环境清洁度环境清洁度噪音噪音4747Impulse tools 液压脉冲气扳机液压脉冲气扳机精度精度 : : 1010 15%15%360主要优势主要优势. .较宽的扭矩范围较宽的扭矩范围 (3.2 to 450Nm)(3.2 to 450Nm)无反作用力无反作用力高的功率重量比高的功率重量比扭矩可调扭矩可调由高压油脉冲冲击扳轴产生旋转加冲击由高压油脉冲冲击扳轴产生旋转加冲击的效果的效果48反作用力反作用力功率重量功率重量比比振动振动环境清洁度环境清洁度噪音噪音硬连接硬连接中性连接中性连接软连接软连接流行
20、度流行度48Shut-off nutrunners 离合器工具离合器工具精度精度: : 7 7 to 1 to 10 0%360主要优势主要优势. .多用途的工具多用途的工具易于维护易于维护精度高精度高通过机械离合器调节输出扭矩通过机械离合器调节输出扭矩49硬连接硬连接中性连接中性连接软连接软连接流行度流行度反作用力反作用力功率重量功率重量比比振动振动环境清洁度环境清洁度噪音噪音49Current control 电流型电动扭紧系统电流型电动扭紧系统360精度精度 : : 5 5 % to % to 7%7%主要优势主要优势. .多扭紧策略多扭紧策略输出结果输出结果环保环保利用电流来控制扭矩的
21、工具利用电流来控制扭矩的工具50反作用力反作用力功率重量功率重量比比振动振动环境清洁度环境清洁度噪音噪音硬连接硬连接中性连接中性连接软连接软连接流行度流行度50Torque control 传感器型电动扭紧系统传感器型电动扭紧系统360精度精度 : : 3%3% to to 5%5%主要优势主要优势. .保证扭矩质量保证扭矩质量真实的扭矩显示真实的扭矩显示多扭紧策略多扭紧策略环保环保利用内置传感器来控制扭矩的工具利用内置传感器来控制扭矩的工具51反作用力反作用力功率重量功率重量比比振动振动环境清洁度环境清洁度噪音噪音硬连接硬连接中性连接中性连接软连接软连接流行度流行度51工具选择工具选择 Ba
22、sis on tightening technicsTool technologiesHow to select the right tool 任何选择扭紧工具5252Classification of assembly system螺栓连接的分级螺栓连接的分级CATEGORY分分级ASSEMBLY CRITICITY危害性危害性Example示例示例NEEDS需求需求STANDARD标准级标准级THE FAILURE DOESNT AFFECT THE MACHINE FUNCTIONINGSun roof, plastic protection1- TO ASSURE A CORRECT
23、TORQUE2 - TO ASSURE THAT ALL SCREWS ARE TIGHTENED AT CORRECT TORQUECRITICAL重要级重要级THE FAILURE CAN ONLYAFFECT MACHINE FUNCTIONINGGear box fixture, Engine fixture3 - TO ASSURE THAT THE JOINT IS CORRECT4 - TO ASSURE THAT ALL SCREWS ARE TIGHTENED AND ALL JOINTS ARE CORRECTSAFETYCRITICAL安全重要级安全重要级THE FAIL
24、URE CAN AFFECT USER SAFETYWheel ,Brakes5 - TO ASSURE THAT ALL SCREWS ARE TIGHTENED AND ALL JOINTS ARE CORRECT - TO TRACE ERRORS AND STORE ALL RESULTS6 - 100 % GUARANTY 5353Desoutter tools positionning 工具的定位工具的定位STANDARD普通级普通级CRITICAL重要级重要级SAFETY CRITICAL安全重要级安全重要级TORQUE OKTORQUE+ BATCH OKJOINT + BAT
25、CH OKJOINT +BATCH OK +STORE100 % GUARANTY JOINT OKCLUTCH - HAMMERCURRENT - TORQUESTORE RESULTSTORQUE5454More Than ProductivityMore Than Productivity55拧紧策略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电流 + + 角度角度摩擦力扭矩连续扭矩56特点特点: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关系经过标定，消耗电流可以取代扭矩传感器经过标定，消耗电流可以取代扭
26、矩传感器无需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扭矩精度比带扭矩传感器的工具稍低57电流和角度策略的应用电流和角度策略的应用无特别扭矩精度要求的装配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机加工零件时拧紧和拧松工件夹具接油盘接油盘雨刷鼓轮套管组装雨刷鼓轮套管组装车轮组装车轮组装58扭矩电流关系举例扭矩电流关系举例59拧紧策略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 + 角度摩擦力扭矩摩擦力扭矩连续扭矩60曲线曲线 扭矩扭矩 / 时间时间扭矩扭矩时间时间安全扭距最小扭矩最大扭矩开始数据采集时间或角度时间或角度阻止数据采集阻止数
27、据采集停止数据采集开始转动的扭矩平均值计算平均值计算在设定的角度范围内在设定的角度范围内目标角度目标角度61特性特性:平均扭矩的测量可以是平均扭矩的测量可以是:加到加到 .减掉减掉 .不操作不操作 .下一阶段的扭矩读数下一阶段的扭矩读数最小最大值也被记录下来最小最大值也被记录下来62举例举例 : 曲柄轴转动曲柄轴转动曲柄轴转动曲柄轴转动起始点起始点摩擦力扭矩摩擦力扭矩63起始点起始点64第一第一 上上 峰值峰值第二第二 下下 峰值峰值6566应用举例应用举例:检查扭矩作用力给曲轴、凸轮轴或变速箱产生的摩擦力补偿尼龙或摩擦力扭矩的防松螺母的摩擦力作用发现倒转的摩擦力扭矩放松螺母发现划伤的螺纹.6
28、7练习练习 探测怀损螺纹探测怀损螺纹摩擦力扭矩摩擦力扭矩练习练习 探测破碎的螺母探测破碎的螺母摩擦力扭矩摩擦力扭矩68拧紧策略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 + 角度摩擦力扭矩失速扭矩失速扭矩69失速扭矩失速扭矩扭矩扭矩失速时间连续扭矩角度门限时间时间最大扭矩最终角度70用途用途:校准校准对由接合松弛效应引起的扭矩降低给以瞬时补偿对由接合松弛效应引起的扭矩降低给以瞬时补偿71拧松策略拧松策略扭矩控制扭矩控制扭矩控制角度监视扭矩控制角度监视角度控制扭矩监视角度控制扭矩监视72拧松扭矩拧松扭矩:时间扭矩最大安全扭距最大安全扭距脱离扭矩脱离扭矩目标扭矩目标
29、扭矩剩余扭矩剩余扭矩最小扭矩最小扭矩最大扭矩最大扭矩73拧松：拧松： 扭矩控制角度监测扭矩控制角度监测时间扭矩角度门限角度门限最终角度最终角度最终扭矩最终扭矩安全最大扭矩安全最大扭矩脱离扭矩脱离扭矩目标扭矩目标扭矩74拧松拧松 角度控制扭矩监测角度控制扭矩监测时间扭矩目标角度目标角度角度门限角度门限安全扭距安全扭距最终角度最终角度最终扭矩最终扭矩75练习练习拧紧拧紧如果结果不合格就拧松如果结果不合格就拧松练习练习拧紧拧紧如果结果不合格就拧松然后再拧紧如果结果不合格就拧松然后再拧紧练习练习拧松拧松如果结果不合格就拧松然后再拧紧如果结果不合格就拧松然后再拧紧如果还是不合格就拧松然后停止如果还是不合格就拧松然后停止76More Than ProductivityMore Than Productivity77
