AtlasCopco基本拧紧技术研究特选

1、ac tightening techniquebasic tightening basic tightening t e c h n i q u et e c h n i q u e基 本 拧 紧 技 术基 本 拧 紧 技 术ac tightening technique阿特拉斯阿特拉斯科普柯拧紧技术科普柯拧紧技术1-1ac tightening technique基本拧紧技术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对客户来讲，成功的关键是所使用的工具设备能

2、够匹配其特定需要 1-2ac tightening techniquedifferent ways of assembling装配的不同装配的不同方法方法 welding(焊接) gluing(粘接) riveting(铆接) tightening with screws and bolts(螺栓拧紧连接)1-3ac tightening techniquewhy use bolted joints?为什么使用螺栓连为什么使用螺栓连接接 easy and quick assembly(简单方便) can be disassembled and reassembled(可以拆卸和重新装配) st

3、andardised well-defined element(标准化) cost-efficient(节省成本) the bolt should be weakest link(设计成最薄弱环节)its so easy thata child can do it1-4ac tightening techniquethe thread creates the clamp load that holds the joint together螺纹建立夹紧载何使得螺纹建立夹紧载何使得工件被夹紧工件被夹紧)clamping forcetensionturning the nut or screw st

4、retches the screw(旋转螺母或者螺栓拉深螺栓)stretching the screw clamps the parts together(拉伸螺栓保证工件夹紧)the clamp load in the joint is the target of all tightening(夹紧载何就是我们的拧紧的目标)1-5ac tightening techniqueclamping force vs tensile load and shear load夹紧力和夹紧力和螺栓张力和剪切力螺栓张力和剪切力shear loadshear loadtensile loadtensile l

5、oadclamping force1-6ac tightening techniquethis must be avoided!这个必须要避免这个必须要避免shear loadshear loadtensiontension1-7ac tightening technique1-8ac tightening techniquebolt tension = 20 kn1-9ac tightening techniquebolt tension = ?ton1-10ac tightening techniquebolt tension = ?ton= 10 kn1-11ac tightening

6、techniqueis the bolt tension now approximately.现在螺栓的拉伸力大约是多少现在螺栓的拉伸力大约是多少? 10 kn? 20 kn? or 30 kn?1-12ac tightening techniquethe correct answer is: 正确的答案是正确的答案是:20 kn the bolt pretension will not change (much)螺栓上承受的拉伸力螺栓上承受的拉伸力是不会变化的是不会变化的1-13ac tightening techniquethe special fastener特殊模式特殊模式1-14ac

7、 tightening techniquethe use of the special fastener拧紧这个模式拧紧这个模式1-15ac tightening techniquethe joint loaded by an applied force连接负载被一应用的力产生连接负载被一应用的力产生1-16ac tightening techniquethe joint loaded by an applied forcezero clamp at the interface.界面中没有夹界面中没有夹紧紧1-17ac tightening techniquethe joint loaded

8、by an applied force1-18ac tightening techniquequestion what is the major difference between a bolted joint on one hand and a welded, glued or riveted joint on the other hand?螺栓连接和焊螺栓连接和焊接铆接粘接有什么最大的区别接铆接粘接有什么最大的区别 and what is the consequence of this difference?这个不同点有什么重要的这个不同点有什么重要的1-19ac tightening

9、techniquequestion what is the major difference between a bolted joint on one hand and a welded, glued or riveted joint on the other hand? the bolted joint is preloaded!螺栓连接螺栓连接有预加负载有预加负载 and what is the consequence of this diffference?1-20ac tightening techniquequestion what is the major difference

10、between a bolted joint on one hand and a welded, glued or riveted joint on the other hand? the bolted joint is preloaded! and what is the consequence of this diffference? only a small portion of the external load is transferred to the bolt (until the preload is exceeded) !只有很小的一部分外部负载被转移到螺栓上只有很小的一部分

11、外部负载被转移到螺栓上(直到超过预加负载直到超过预加负载)1-21ac tightening techniquequestion what is the major difference between a bolted joint on one hand and a welded, glued or riveted joint on the other hand? the bolted joint is preloaded! and what is the consequence of this diffference? only a small portion of the externa

12、l load is transferred to the bolt! interesting but what is the value of that? 意义意义-但是这个价值是什么但是这个价值是什么1-22ac tightening technique variations in external loads are only to a small extent transferred to the bolt = the fatigue resistance of the bolt becomes very high 外部负载的变化只有很小的一部分会转移到螺栓上=这样螺栓就不容易由于负载的

13、交变而产生疲劳损坏 it provides a frictional grip = it will not come apart if the parts cannot move in relation to each other 提供了一个有摩擦力的夹紧=这将不会出现部件分离如果部件不能有相互的位移1-23ac tightening technique螺栓连接的受力螺栓连接的受力剪切剪切拉伸拉伸1-24ac tightening technique一定要确保施加的扭矩达到最小需要扭矩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夹紧力一定要高于外部载荷安全余量载荷的影响因素安全

14、余量载荷的影响因素: 振动振动 摩擦力的变化摩擦力的变化 连接件尺寸变化连接件尺寸变化 拧紧精度拧紧精度1-25ac tightening technique施加的力不要超过使用极限施加的力不要超过使用极限螺栓拉伸量n夹紧力 施加的力过大会使施加的力过大会使螺栓过度伸长螺栓过度伸长 安全余量取决于安全余量取决于: 拧紧精度拧紧精度 材料等级材料等级1-26ac tightening technique螺栓连接应用的历史背景螺栓连接应用的历史背景1-27ac tightening technique历史背景历史背景十九世纪工业革命开始，为得到更大的生产力要求工业产品必须达到：系统化质量可控性可复

15、制性1-28ac tightening technique连接图连接图德国人rotscher 在1927年提出了连接图，这种方法直到今天仍在使用，帮助我们理解连接的力学特性和进行计算。1-29ac tightening techniquevdi 2230， 德国工程师协会德国工程师协会 2230标准标准基于从1960年代就开始的研究，德国工程师协会(vdi， german society of engineers)发布了vdi2230：高负荷连接的系统计算方法 systematic calculation of high duty joints.1-30ac tightening techni

16、quevdi 2230vdi 2230使用范围使用范围vdi 2230的应用非常广泛，包括带60度法兰的高强度螺拴，螺丝大小从m4到m39。它给出的是单螺拴连接的分析指导。由多个螺拴组成的连接，负荷首先要被分配，使每个螺拴上的负荷确定下来。1-31ac tightening technique连接件图连接件图螺拴与连接件的关系螺拴与连接件的关系拉伸弹簧压紧弹簧1-32ac tightening technique连接件图连接件图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螺拴和连接的变形1-33ac tightening technique连 接 图 解螺栓连接的变形关系螺栓连接的

17、变形关系 夹紧力 变形预紧力螺栓伸长1 连接件 压缩2 1-34ac tightening techniquejoint diagrams连 接 图 解轴向工作载荷的影响轴向工作载荷的影响 力12 变形螺栓受力增加部分夹紧力减少部分1 工作载荷1-35ac tightening technique通过螺纹产生夹紧力把连接件夹紧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旋转螺母或螺丝使螺丝受力伸长伸长 螺丝伸长产生的夹紧力把连螺丝伸长产生的夹紧力把连接件夹紧接件夹紧 我们需要的是连接件中的夹我们需要的是连接件中的夹紧力紧力1-36ac tightening techniquetor

18、que measurement扭矩测量扭矩测量the applied torque is measured应用力矩应用力矩clamping forceneeded需要的夹紧力需要的夹紧力clamping force is the aim at but it is hard to measure.torque is easy to measure and apply.夹紧力是目标但是比较难测量但是扭矩比较容易测量1-37ac tightening techniquetorque t=fxrrfta rftbta=frtb= frresult: ta= 2 tbf = applied force

19、(in newton)r = lever length (in meters)1-38ac tightening technique为了拧紧螺栓为了拧紧螺栓, 必须施加力以便拧紧螺母必须施加力以便拧紧螺母/螺丝螺丝1-39ac tightening techniqueclamping force depends on torque and other factors 夹紧夹紧力的因素是扭矩和其余的因素力的因素是扭矩和其余的因素 fm= t/ (0.16p + (g * 0.58 * d2) + (dkm/2) * k) definitions: fm = clamping force夹紧力 p

20、 = pitch of thread螺距 g = friction value in thread;螺纹摩擦系数 d2 = diameter bolt螺纹中径 dkm= size of surface bolt (nut)-head螺栓头小表面尺寸 dkm = (dw + dh)/2 k= friction value surface bolt-head螺栓头下的摩擦系数1-40ac tightening technique50 %10 %40 %friction betweenthread bolt andthread nut螺纹和螺帽螺纹和螺帽的摩擦力的摩擦力clamping force夹

21、紧力夹紧力 friction under bolt-head螺栓头下的摩擦力螺栓头下的摩擦力50%40%relation between applied torque and clamping force扭矩和摩擦力的关系扭矩和摩擦力的关系1-41ac tightening techniquechanging friction:bolt-head螺栓头下的摩擦力变化螺栓头下的摩擦力变化teflon washer塑料惦片塑料惦片1-42ac tightening technique40 %20 %40 %40%40%teflon washer塑料垫片塑料垫片friction betweenthr

22、ead bolt andthread nut螺纹和螺螺纹和螺帽的摩擦力帽的摩擦力clamping force夹紧力夹紧力 friction under bolt-head螺栓头下的摩擦力螺栓头下的摩擦力relation between applied torque and clamping force扭矩和摩擦力的关系扭矩和摩擦力的关系1-43ac tightening techniqueless friction:40 %20 %40 %1-44ac tightening techniquechanging friction:bolt-head螺栓头下的摩擦力变化螺栓头下的摩擦力变化lock

23、ing washer防松垫片防松垫片1-45ac tightening technique60 %0%40 %60%40%locking washer防松垫片防松垫片friction betweenthread bolt andthread nutclamping force friction under bolt-headrelation between applied torque and clamping force扭矩和摩擦力的关系扭矩和摩擦力的关系1-46ac tightening techniquemore friction60 %0%40 %1-47ac tightening t

24、echniquechanging friction:thread bolt - nut螺纹的摩擦力变化螺纹的摩擦力变化oil on the threads加油加油1-48ac tightening technique50 %20 %30 %50%30%oil on threadsfriction betweenthread bolt andthread nutclamping force friction under bolt-headrelation between applied torque and clamping force1-49ac tightening techniqueles

25、s friction:50 %20 %30 %1-50ac tightening techniquechanging friction:thread bolt - nutcorroded bolt锈锈1-51ac tightening technique50 %0 %50 %50%50%rusted boltfriction betweenthread bolt andthread nutclamping force friction under bolt-headrelation between applied torque and clamping force1-52ac tighteni

26、ng techniquemore friction50 %0%50 %1-53ac tightening techniqueother ways of changing the friction? liquid loctite液体乐泰螺纹胶 locknut防松螺帽 paint in the threads螺纹中含有油漆 damaged threads损坏的螺纹 welding pearls焊渣 bolt finishing (cr6, dacromet, etc.)1-54ac tightening techniqueloctite1-55ac tightening techniquelock

27、nut1-56ac tightening techniquepaint on the threads1-57ac tightening techniquedamaged threads1-58ac tightening technique50-40-10 规则规则90% 90% 的扭矩用于克的扭矩用于克服摩擦力服摩擦力1-59ac tightening technique夹紧力与摩擦力的关系夹紧力与摩擦力的关系1-60ac tightening technique螺栓标识系统螺栓标识系统生产商标识生产商标识第一个数第一个数 = 1/100 的最大抗拉的最大抗拉强度强度 (n/mm2)1008

28、= 800 n/mm2 第二个数第二个数 =屈服强度与最大抗拉屈服强度与最大抗拉强度之间的关系强度之间的关系 0.8 = 80%两数相乘得出屈服应力两数相乘得出屈服应力 800* 0.8 = 640 n/mm2 公制螺纹公制螺纹.1-61ac tightening technique施加的力不要超过使用极限施加的力不要超过使用极限螺栓拉伸量n夹紧力 施加的力过大会使施加的力过大会使螺栓过度伸长螺栓过度伸长 安全余量取决于安全余量取决于: 拧紧精度拧紧精度 材料等级材料等级1-62ac tightening technique1-63ac tightening technique软连接和硬连接1

29、-64ac tightening techniquetorque = ok夹紧角夹紧角: 1-65ac tightening technique硬连接的定义硬连接的定义 (iso 5393)3030 max. max.夹紧角1-66ac tightening technique硬连接举例硬连接举例clamping forcesteep slopeanglelow angle displacement1-67ac tightening technique720720 min. min.软连接软连接的定义软连接的定义 (iso 5393)1-68ac tightening technique软连接

30、举例软连接举例clamping forcesoft slopeanglehigh angle displacement1-69ac tightening technique连接的特性也决定着所需工具的类型连接的特性也决定着所需工具的类型(iso 5393) 旋转角度旋转角度目标扭矩目标扭矩a. 硬连接：到达贴合点后，旋转硬连接：到达贴合点后，旋转30以内达到目标扭矩的连接。以内达到目标扭矩的连接。b. 软连接：软连接：到达贴合点后，旋转到达贴合点后，旋转2 圈（圈（720）以上达到目标扭矩的连）以上达到目标扭矩的连接。接。扭矩的过扭程度受连接件硬度以及扭矩的过扭程度受连接件硬度以及工具转速影响

31、。工具转速影响。软连接、硬连接软连接、硬连接307201-70ac tightening techniquetangle ( )snug leveltangle ( )snug level硬连接硬连接 720 deg (iso 5393)x nmx nm 7201-71ac tightening technique扭矩过冲扭矩过冲10 nm9 nm工具虽然设定都工具虽然设定都是是9nm，但是，但是针对不同性质的针对不同性质的连接会产生不同连接会产生不同的结果的结果1-72ac tightening technique软、硬连接软、硬连接目标目标均值偏差均值偏差扭矩扭矩角度角度过扭过扭贴合点贴合

32、点硬连接硬连接软连接软连接1-73ac tightening technique如何在一个连接件上测量扭矩如何在一个连接件上测量扭矩动态扭矩动态扭矩:在拧紧螺栓的同时用在线式扭矩传感器测量。在拧紧螺栓的同时用在线式扭矩传感器测量。 静态扭矩静态扭矩:安装后用扭矩扳手测量。安装后用扭矩扳手测量。1-74ac tightening technique静态扭矩静态扭矩动力工具动力工具输出扭矩输出扭矩 92949192949292x=92,43s=1,13扭力扳手扭力扳手静态扭矩静态扭矩 103 106 103 100 100 103 100x=102,14s=2,27t (nm)时间时间204060

33、80100110120(a)工具输出工具输出 (动态扭矩动态扭矩)(b) 扭力扳手扭力扳手 (静态扭矩静态扭矩)原因:静态摩擦力1-75ac tightening technique硬连接上由于较高的静态摩擦力，静态扭矩硬连接上由于较高的静态摩擦力，静态扭矩可比动态扭矩要高。右下图中倒可比动态扭矩要高。右下图中倒v的拐点即是扭力的拐点即是扭力扳手测得的硬连接上的静态扭矩扳手测得的硬连接上的静态扭矩1-76ac tightening technique装配手测(动态)(静态) 102.6 112 102.6 110 101.4 111 101.2 110 102.4 113 100.9 109

34、102.1 110 102.4 111 101.0 113 101.8 112 101.84 111.1 0.67 1.4 2.01 4.1 均值均值 标准偏差标准偏差 (sigma) 3 sigma硬连接硬连接1-77ac tightening technique软连接静态扭矩较动态扭矩要偏小，软连接静态扭矩较动态扭矩要偏小，原因是衰减。原因是衰减。vdi2230里系统的方法设置里系统的方法设置螺拴即有计算扭矩衰减这一步骤螺拴即有计算扭矩衰减这一步骤1-78ac tightening techniqueif we look at what happens to the surface in

35、contact with the threads and under the head, we will notice that locally the load can be extremely high, far exceeding yield and these areas will collapse (embedment). embedment reduces the clamping force because the elongation of the bolt is reduced.very high load very high loadaverage load (80% of

36、 yield)扭矩衰减扭矩衰减 copyright blm s.a.s - 24 giugno 2004quitquit1-79ac tightening technique扭矩衰减的原因呢扭矩衰减的原因呢 连接的嵌入连接的嵌入1-80ac tightening technique1-81ac tightening techniquecalculation step r4 - establishing preload losses计算步骤计算步骤r4r4确定预加负荷损失确定预加负荷损失losses.由于局部嵌入和不同的热膨胀特性，螺拴预加负荷可能会损失aluminium jointsteel

37、bolt1-82ac tightening technique弹性衰减会影响夹紧力弹性衰减会影响夹紧力材料弹性衰减会使夹紧力衰减材料弹性衰减会使夹紧力衰减!time1-83ac tightening technique均值均值 标准偏差标准偏差 (sigma) 3 sigma装配手测(动态)(静态) 100.2 88 100.5 84 100.7 92 100.3 86 100.4 90 100.8 88 100.5 86 100.2 85 100.2 84 100.4 84 100.42 86.7 0.21 2.8 0.63 8.3 软连接软连接1-84ac tightening techn

38、ique衰减衰减时间时间牛米牛米1-85ac tightening technique扭矩和角度扭矩和角度 okok扭矩扭矩角度角度扭矩扭矩 = ok角度角度 = ok1-86ac tightening technique结论：结论：clamp forcefriction in threadsfriction under nut or head螺栓装配质量对产品的最终质量有着直接影响螺栓装配质量对产品的最终质量有着直接影响为了得到质量合格的拧紧连接为了得到质量合格的拧紧连接 拧紧扭矩必须精确拧紧扭矩必须精确 连接件质量必须得到监控连接件质量必须得到监控1-87ac tightening tec

39、hnique拧紧方法的分类按工具控制方式拧紧方法的分类按工具控制方式 基于扭矩或角度: 弹性范围内: 扭矩控制 角度控制 连接控制 超出弹性范围 角度控制 梯度(扭矩变化率)控制，即屈服点控制 其他方式 超声波 机械测试伸长量1-88ac tightening technique夹紧力夹紧力角度角度扭矩扭矩角度角度螺拴连接模型螺拴连接模型1-89ac tightening technique夹紧力夹紧力扭矩扭矩角度角度角度角度螺拴连接模型塑性变形阶段螺拴连接模型塑性变形阶段1-90ac tightening technique扭矩控制扭矩控制1-91ac tightening techniqu

40、e扭矩控制方式利用的是人们熟知的扭矩与张紧力之间的关系公式。扭矩控制扭矩控制方式利用的是人们熟知的扭矩与张紧力之间的关系公式。扭矩控制方式在出现最大摩擦系数和最小力率方式在出现最大摩擦系数和最小力率(force rate)时提供最小的夹紧力，反时提供最小的夹紧力，反之亦然。之亦然。扭矩控制扭矩控制1-92ac tightening technique优势优势:l容易实现不同精度等级的控制容易实现不同精度等级的控制+/-25%+/-25%的脉的脉冲型工具到冲型工具到+/-1%+/-1%的拧紧轴的拧紧轴l巨量的产品和过程设计的标准数据巨量的产品和过程设计的标准数据- -历史悠历史悠久久l过程和设备

41、的有效性校验过程非常容易过程和设备的有效性校验过程非常容易l 工程师非常熟悉，广为人知工程师非常熟悉，广为人知扭矩控制扭矩控制1-93ac tightening techniquetightening methods劣势劣势:l 夹紧力的精度很差夹紧力的精度很差, ,可能到可能到+/- 60 %,+/- 60 %,受摩擦系数影响大受摩擦系数影响大l 没有根本办法防止螺拴断裂没有根本办法防止螺拴断裂l以上两个原因导致螺拴能力利以上两个原因导致螺拴能力利用率低用率低 60%60%扭矩控制扭矩控制1-94ac tightening technique弹性区域角度控制弹性区域角度控制拧紧规范拧紧规范=门槛力矩门槛力矩+拧紧角度拧紧角度1-95ac tightening technique弹性区域内的角度控制避免了避免了的摩擦系数大范围变动摩擦系数大范围变动对夹紧力的影响。它通过控制转角来拧紧，利用了力率变动较小力率变动较小的优势。零件开始被零件开始被压在一起压在一起角度角度扭矩扭矩弹性区域角度控制弹性区域角度控制讨论：力率 force rate 是什么？影响它的主要因素有哪些？1-96ac tightening technique优势优势l 相对容易实现l 过程和产品的有效性相对容易检查l 现场维修的成本和精度可以接受l 螺拴利用率得到大大提高弹性区域角度控制弹性区域角度控制1-97