01.基本拧紧技术-阿特拉斯力矩加转角技术分析及工具介绍

BeijingSeminar2008-111-1基本拧紧技术FotonCummins&AtlasCopco福田康明斯阿特拉斯·科普柯拧紧技术Beijing2008-111-2基本拧紧技术介绍装配过程中的基本问题，为正确和使用选择工具提供指导Touseequipmentthatmatchesspecificneedsofthecustomeristhekeytosuccess对客户来讲，成功的关键是所使用的工具／设备能够匹配其特定需要．Beijing2008-111-3为什么使用螺栓连接•装配简单•拆卸方便•效率高•成本低Beijing2008-111-4质量等级安全等级客户定义等级装配工作按精度等级分为三类Beijing2008-111-5螺栓连接的受力剪切拉伸Beijing2008-111-6为了拧紧螺栓,必须施加力以便拧紧螺母/螺丝Beijing2008-111-7测量拧紧效果我们能够测量的是扭矩T我们想要得到的是夹紧力FTFFFFBeijing2008-111-8JointDiagrams螺拴与连接件的关系拉伸弹簧＋压紧弹簧螺栓连接Beijing2008-111-9JointDiagrams力伸长量压缩量螺栓拉伸连接件压缩压力拉力螺拴和连接的变形Beijing2008-111-10JointDiagrams螺栓连接的变形关系力变形预紧力螺栓伸长δ1连接件压缩δ2Beijing2008-111-11JointDiagrams轴向工作载荷的影响力δ1δ2变形螺栓受力增加部分夹紧力减少部分σδ1工作载荷Beijing2008-111-12通过螺纹产生夹紧力把连接件夹紧•旋转螺母或螺丝使螺丝受力伸长•螺丝伸长产生的夹紧力把连接件夹紧•我们需要的是连接件中的夹紧力Beijing2008-111-13力(F),力臂(L)=扭矩(M)螺丝旋转的越多，得到的扭矩越大但是,•90%的扭矩被摩擦力消耗•只有10%的扭矩转化为夹紧力夹紧力,10%螺纹副中的摩擦了,40%螺栓头下表面的摩擦力,50%施加的扭矩并不象夹紧力那么简单Beijing2008-111-1450-40-10规则扭矩100%90%的扭矩用于克服摩擦力夹紧力10%螺纹副中40%螺栓头下摩擦力50%Beijing2008-111-151.螺拴的螺纹不规则，导致摩擦力很高。2.本不应涂油的螺拴，被无意蘸了油3.工件表面处理改变，摩擦系数升高夹紧力,10%螺纹副中的摩擦了,40%螺栓头下表面的摩擦力,50%假设如下情况，同样扭矩提供的夹紧力是增加是下降？Beijing2008-111-16再假如完全没有摩擦力会怎样？会不会有扭矩产生？扭矩能保持吗？扭矩100%90%的扭矩用于克服摩擦力夹紧力10%螺纹副中40%螺栓头下摩擦力50%Beijing2008-111-17夹紧力与摩擦力的关系通常的情况螺栓头下摩擦力50%螺纹副中摩擦力40%10%在螺栓头下加润滑油螺栓头下摩擦力45%螺纹副中摩擦力40%夹紧力15%螺纹副中有杂质或螺纹受损螺栓头下摩擦力50%螺纹副中摩擦力45%5%Beijing2008-111-18一定要确保施加的扭矩达到最小需要扭矩•夹紧力一定要高于外部载荷•安全余量载荷的影响因素:–振动–摩擦力的变化–连接件尺寸变化–拧紧精度Beijing2008-111-19施加的扭矩不要超过使用极限Angleofrotation旋转的角度Torque扭矩•施加的扭矩过大会使螺栓过度伸长•安全余量取决于:–拧紧精度–材料等级Beijing2008-111-20螺栓标识系统生产商第一个数=1/100的最小抗拉强度(N/mm2)100×8=800N/mm2第二个数=屈服强度与最小抗拉强度之间的关系0.8=80%两数相乘得出屈服应力800*0.8=640N/mm2公制螺纹.Beijing2008-111-21弹性松弛会影响夹紧力材料弹性松弛会使夹紧力衰减!TimeBeijing2008-111-22Jointcharacteristicscanalsodefinethetooltyperequired(ISO5393)连接的特性也决定着所需工具的类型．旋转角度目标扭矩A.硬连接：到达贴合点后，旋转30以内达到目标扭矩B.软连接：到达贴合点后，旋转2圈以上达到目标扭矩扭矩的过扭程度受连接件硬度以及工具转速影响。软连接、硬连接Beijing2008-111-23软、硬连接目标均值偏差扭矩角度过扭贴合点硬连接软连接Beijing2008-111-24如何在一个连接件上测量扭矩动态扭矩:在拧紧螺栓的同时用在线式扭矩传感器测量静态扭矩:安装后用扭矩扳手测量Beijing2008-111-25静态扭矩动力工具输出扭矩92949192949292X=92,43=1,13扭力扳手静态扭矩103106103100100103100X=102,14=2,27T(Nm)时间20406080100110120(A)工具输出(动态扭矩)(B)扭力扳手(静态扭矩)原因:静态摩擦力Beijing2008-111-26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Beijing2008-111-27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Beijing2008-111-28衰减•60-70%的衰减发生在30毫秒以内时间牛米衰减断气Beijing2008-111-29AluminiumJointSteelBoltBeijing2008-111-30TorqueControl/AngleMonitor扭矩控制／角度监控AngleControl/TorqueMonitor角度控制／扭矩监控TorqueandAngleControl扭矩和角度控制FastenerYieldControl屈服点控制………其它高级拧紧控制方法Beijing2008-111-31AngleAClampForceFdFdAJointModelingTheclampforcewill,aftertherundownsection,growasalinearfunctionofangle.夹紧力在贴合后随着角度线性增长Thiscanbedescribedas可描述为:ClampForceF=k*A,wherekistheforcerate(力率、力比)definedasdF/dAAistheangleofturnofthebolt.Theforceratewill,foragivendesignvary,mainlyasafunctionofgeometrictolerances公差.Beijing2008-111-32ClampForceAngleTorqueJointModelingAngleBeijing2008-111-33TheTorque-TensionRelationshipTheclampforceFwilltranslatetotorquethroughfrictionµ,pitchPandthreadangleßbytheformula:Beijing2008-111-34JointModel-PlasticRangeClampForceTorqueAngleAngleBeijing2008-111-35JointModel-PlasticRangeTheclampforceintheelasticrangeismainlydependantoftheyieldpointofthematerialandonlytoalesserdegreeoftherotationofangleandthefrictioncoefficient.Theforceratewilldeclineintheplasticrangewithamarkedbendforhighgradematerial,lessmarkedforlowgradematerialsandeventuallytheboltwillbreak.Themarginforyieldonsetuntilfailureishighlydependantonclamplength,butisnormallyseveralhundreddegrees.ClampForceAngleFailureBeijing2008-111-36TorqueControl扭矩控制Beijing2008-111-37TorqueControlTorquecontrolutilizesthewellknownrelationshipbetweentorqueandtension.Minimumclampforcewilloccuratmaximumfrictionandminimumforcerateandviceversa.Beijing2008-111-38TorqueControl扭矩控制Advantages优势:容易实现不同精度等级的控制+/-25%的冲击型工具到+/-1%的握紧轴巨量的产品和过程设计的标准数据-历史悠久过程的设备的有效性审订容易广为人知Beijing2008-111-39TorqueControl扭矩控制劣势:夹紧力的精度很差,可能差到+/-60%,受摩擦系数影响大没有根本办法防止螺拴断裂以上两个原因导致螺拴能力利用率低-60%Beijing2008-111-40弹性区域角度控制TighteningSpecification=ThresholdTorque+TighteningAngleBeijing2008-111-41弹性区域角度控制Anglecontrolintheelasticrangeavoidsthelargefrictionvariationandutilizestheusuallysmallerforceratevariationbycontrollingtheangleratherthanthetorque-implementedbyturningaspecificanglefromatorquelevel,thethresholdtorque.(Thethresholdtorqueissometimesreferredtoasasnugtorque.)JointbeingpulledtogetherAngleTorqueBeijing2008-111-42优势相对容易实现过程和产品相对容易检查有效性现场维修的成本和精度可以接受螺拴利用率得到提高弹性区域角度控制Beijing2008-111-43弹性区域角度控制劣势标准的拧紧规范不能直接使用了-必须做一些连接分析/实验室试验无法使用扭力扳手校验工具同时需要扭矩和角度测量能力Beijing2008-111-44塑性区域角度控制ClampForceTorqueAngleAngleTresholdtorqueTighteningangleClampforcevariationBeijing2008-111-45优势摩擦力影响降到最低最大程度上利用螺拴能力塑性区域角度控制劣势设置和校验产品参数的费用高昂螺拴无法重复使用Beijing2008-111-46TorquedT/dAmaximumX%ofdT/dAmaximumdT/dAAngleAngle梯度(扭矩变化率)控制、屈服点控制Beijing2008-111-47梯度(扭矩变化率)控制、屈服点控制Advantages优势Themethodutilizestheful