基本螺栓扭紧策略

1、基本螺栓扭紧策略第1页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二几个基本概念第2页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二A joint 连接3 在工业领域大量采用 优于其它的连接方法3第3页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二Torque definition 扭矩的定义44第4页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二扭矩的物理定义臂长力1 m1kgTorque 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。5第5页，共77页，2022年，5月20日，22

2、点38分，星期二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66第6页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二Maximum torque 最大扭矩角度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: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7第7页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二ISO5393 螺栓连接的硬度硬连接 30中性连接30 720扭矩100%螺栓开始受力 720, 角度硬软05%达到目标扭矩 88第8页，共77页，202

3、2年，5月20日，22点38分，星期二螺栓的夹紧力和张力 张力 张力 夹紧力 夹紧力9第9页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二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 Torsion 扭力 Tension 张力 Clamping force 夹紧力10张力与夹紧力：大小相等，方向相反！10第10页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二控制安装 扭矩生产

4、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控制影响夹紧力的其他参数只能使用：11第11页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二TENSION产生张力 10%TORSION扭力100THREAD 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 + FRICTION100 10% 90% 12扭矩 张力 摩擦力12第12页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二应用于拧紧过程

5、中的扭矩分配40% 10% 50%13第13页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二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第14页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二螺栓张力、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: KT（螺栓张力） = K F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） 。对于同样的安装扭矩，夹紧力会提高28% 。15第15页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，

6、星期二结论：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16第16页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二螺栓拧紧策略基本原理介绍第17页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二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.门限扭矩快速拧紧扭矩角度弹性区域线性区域搜寻屈服点最终拧紧DCDa塑性区域半弹性区域18第18页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二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 +

7、 扭矩监测 屈服点策略 电流 + 角度 摩擦力扭矩 连续扭矩19第19页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二扭矩控制 拧紧过程分析起始扭矩快速拧紧扭矩时间寻帽最终拧紧目标最大扭矩最小扭矩最终扭矩20第20页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二扭矩控制 螺栓张力的精度 扭矩 Nm张力 KN10202030405060406080100120 最终扭矩 2% 中度浸油 充分浸油 干燥 / 无油 张力散布 50% 21第21页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二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

8、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/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 )22第22页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二扭矩控制不能做到防错/纠错23第23页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二应用扭矩控制策略: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24第24页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二 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2

9、5第25页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二扭矩控制 + 角度监测扭矩角度门限时间最终扭矩最大.目标最小.最终角度角度最大.最小.安全角度26第26页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二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1233种不同的扭矩变化率最大设定角度27第27页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二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

10、栓尺寸小 螺纹磨损 安全角度中止转动28第28页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二扭矩控制角度监测张力的精度扭矩 Nm张力 KN10202030405060406080100120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% 29第29页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二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%.30第30页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二角度

11、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:31第31页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二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:32第32页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二 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33第33页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二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

12、角度峰值扭矩角度最大.最小.角度发展最大.最小.目标角度拧紧 + 拧紧轴转动拧紧轴转矩34第34页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二合格的扭紧曲线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12335第35页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二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36第36页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二角度扭矩 = 螺栓张力的精度角度张力

13、 KN10202030405060406080100120中度涂油，角度值适中 完全涂油，角度值偏高 粗糙/不涂油张力散布 15 to 25%最终角度 3% 37第37页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二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38第38页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二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39第39页，共

14、77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二 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40第40页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二Maximum torque 最大扭矩41角度扭矩最大扭矩点41第41页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二原理监测扭矩变化率扭矩角度最终角度角度门限开始扭矩变化率 计算： P0 =1 到 32 度的采样率最终扭矩屈服点在这一点上，扭矩变化率明显变小，并趋近于零计算每一度0CPDDCa42第42页，共77页，2022年，5月

15、20日，22点38分，星期二屈服点策略的效果: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第43页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二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44第44页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二总结 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

16、。 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。45第45页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二常用扭紧工具特性介绍第46页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二Impact tools 冲击扳手精度 : 3050%硬连接中性连接软连接流行度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

17、功率重量比振动环境清洁度噪音4747第47页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二Impulse tools 液压脉冲气扳机精度 : 10 15%360主要优势.较宽的扭矩范围 (3.2 to 450Nm)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48第48页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二Shut-off nutrunners 离合器工具精度: 7 to 10%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

18、度反作用力功率重量比振动环境清洁度噪音49第49页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二Current control 电流型电动扭紧系统360精度 : 5 % to 7%主要优势.多扭紧策略输出结果环保利用电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50第50页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二Torque control 传感器型电动扭紧系统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

19、接流行度51第51页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二工具选择 Basis on tightening technicsTool technologiesHow to select the right tool 任何选择扭紧工具5252第52页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二Classification of assembly system螺栓连接的分级CATEGORY分级ASSEMBLY CRITICITY危害性Example示例NEEDS需求STANDARD标准级THE FAILURE DOESNT AFFECT THE MACHINE FUN

20、CTIONINGSun roof, plastic protection1- TO ASSURE A CORRECT TORQUE2 - TO ASSURE THAT ALL SCREWS ARE TIGHTENED AT CORRECT TORQUECRITICAL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 AN

21、D ALL JOINTS ARE CORRECTSAFETYCRITICAL安全重要级THE FAILURE 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 5353第53页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二Desoutter tools positionning 工具的定位STANDARD普通级

22、CRITICAL重要级SAFETY CRITICAL安全重要级TORQUE OKTORQUE+ BATCH OKJOINT + BATCH OKJOINT +BATCH OK +STORE100 % GUARANTY JOINT OKCLUTCH - HAMMERCURRENT - TORQUESTORE RESULTSTORQUE5454第54页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二More Than Productivity55第55页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二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

23、度摩擦力扭矩连续扭矩56第56页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二特点: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无需扭矩传感器扭矩精度比带扭矩传感器的工具稍低57第57页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二电流和角度策略的应用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接油盘雨刷鼓轮套管组装车轮组装58第58页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二扭矩电流关系举例59第59页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二拧紧策略扭矩控制扭矩控制 + 角度监测角度控制

24、+ 扭矩监测屈服点策略电流 + 角度摩擦力扭矩连续扭矩60第60页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二曲线扭矩 / 时间扭矩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阻止数据采集停止数据采集开始转动的扭矩平均值计算在设定的角度范围内目标角度a61第61页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二特性:平均扭矩的测量可以是:加到 .减掉 .不操作 .下一阶段的扭矩读数最小最大值也被记录下来62第62页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二举例 : 曲柄轴转动曲柄轴转动起始点摩擦力扭矩63第63页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二起始点64第64页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二第一 上 峰值第二 下 峰值65第65页，共77页，2022年，5月20日，22点38分，星期二66第66页，共77页，2022年，5月20日，2