影响紧固件扭力衰减的因素及应对方法

浅谈紧固件扭力衰减2023/9/131、为什么使用螺栓？2、拧紧基本术语与原理3、动态扭矩及静态扭矩4、扭力衰减1、为什么使用螺栓？2023/9/13Page3装配简单拆卸方便效率高成本低2.1拧紧及其原理2、拧紧基本术语与原理拧紧原理2023/9/13Page4螺栓插入被连接件，利用螺母或内螺纹拧紧使螺栓拉伸变形，这种弹性变形产生了轴向的拉力，将被夹零件挤压在了一起，称为预紧力。

理论上，只要产生了足够的夹紧力，完全可以保证被夹零件在震动、高低温等恶劣环境下安全工作，而不必使用涂胶等辅助方法。预紧力螺栓拉伸扭矩2、拧紧基本术语与原理2023/9/13Page52.2如何拧紧螺栓-扭矩为了拧紧螺栓,必须施加力以便拧紧螺母/螺丝扭矩(T)

=力(F)×力臂(L)2、拧紧基本术语与原理2023/9/13Page62.3螺栓连接件中的力张力张力夹紧力剪切力剪切力抗张力抗张力旋转螺母或螺丝使螺杆受力伸长螺杆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2、拧紧基本术语与原理2023/9/13Page75-4-1原则152008-07-16扭矩100%夹紧力10%螺栓头下摩擦力50%螺纹副中摩擦力40%90%

的扭矩用于克服摩擦力•

90%

的扭矩被摩擦力消耗•

只有10%的扭矩转化为夹紧力2、拧紧基本术语与原理2023/9/13Page85-4-1原则152008-07-16•

90%

的扭矩被摩擦力消耗•

只有10%的扭矩转化为夹紧力扭矩夹紧力头下摩擦力内部应力螺纹摩擦力夹紧力与摩擦力的关系与影响2、拧紧基本术语与原理2023/9/13Page9152008-07-1610%螺栓头下摩擦力45%5%螺栓头下摩擦力50%螺纹副中摩擦力40%螺栓头下摩擦力50%

螺纹副中摩擦力40%夹紧力15%在螺栓头下加润滑油螺纹副中有杂质

螺纹副中摩擦力45%摩擦力润滑后的螺栓坏的螺纹普通紧固轴力通常的情况螺纹连接状态的分类2、拧紧基本术语与原理2023/9/13Page10152008-07-16定义来源：ISO5393“螺纹紧固件用旋转式气动装配工具性能试验方法”（国标对应版本为GB/T26547-2011)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720°（2圈）以上达到目标扭矩C.中性连接：到达贴合点后，旋转内30°-720°（2圈内）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。影响夹紧力的因素2、拧紧基本术语与原理2023/9/13Page11152008-07-16错误的拧紧系统不可靠的装配技术沉降力温度摩擦–拧紧精度，夹紧力过低或过高–

表面粗糙与润滑状态–

螺丝质量差–

材料不合适–工具不准确或不相配–螺丝质量差–错误的工件–设计缺陷–材料配对不合适–拧紧方法错误–膨胀系数不同–螺栓接合尺寸错误被装配件材料硬度–材料弹性松弛会使夹紧力衰减3.1动态、静态扭矩的定义3、动态扭矩及静态扭矩2023/9/13Page1215动态扭矩:生产过程中静态扭矩：工序完成后检测动态扭矩是指紧固件在被紧固过程中测量得到的峰值，一般是由动力工具施加得到动态扭矩，动态扭矩是在拧紧过程中测量的。动态扭矩产生的对于螺栓的轴向预紧力满足工程上对预紧力的要求一个紧固件被紧固好之后，将其在拧紧方向上继续旋转的瞬间所需要的扭矩。静态扭矩是在紧固之后测量的。检测扭矩：静态扭矩标准时用来监控生产过程的稳定性，因此又称为检测扭矩。主要控制手段，用拧紧机+拧紧策略控制一种检测监控手段，用数显扳手+测量方法控制若：静态扭矩＜动态扭矩，则可认为扭矩存在衰减4.1扭矩衰减的定义4、扭力衰减2023/9/13Page1315扭矩衰减:拧紧工作完毕后发生在紧固件上的扭矩降低现象即为扭矩衰减,衰减后的扭矩低于目标值但较为稳定,一般在拧紧操作完成后的30ms内会完成60%以上的扭矩衰减。对于任何连接，随着时间的推移，都会有一定程度的扭矩衰减，一般发生在以下两种情况中：1、粗糙的表面配合时造成的衰减；2、软连接中的扭矩衰减。验证过程一般静置5分钟左右4.2扭力衰减的测量流程4、扭力衰减2023/9/13Page1415静态扭矩的测量返松法标记法扭矩衰减的测量(即夹紧力衰减）规定衰减测量时间及衰减的测量状态超声波夹紧力的测量拧紧法瞬时松动法垫片传感器确定特定状态下夹紧力衰减后的值衰减后夹紧力不满足要求降低衰减直至满足要求固化设计、工艺参数衰减后夹紧力满足要求确立检验标准静态扭矩会随着时间的推移而衰减（即夹紧力衰减），被紧固件为非金属时尤为明显，而影响静态扭矩的因素较多，与夹紧力之间的线性关系不明显，因此不能通过静态扭矩的值来计算出衰减后的夹紧力，只能通过专业的实验设备来确定衰减后的夹紧力，从而找到紧固特定产品状态下夹紧力与静态扭矩的对应关系，而后静态扭矩可以用来监控生产过程的稳定性。建立动态扭矩、静态扭矩及夹紧力关系，可作为相同连接状态的检验标准分析设计、工艺参数，找到并控制影响夹紧力衰减的因素4.3静态扭力的测量方法4、扭力衰减2023/9/13Page1515方法1咔哒扳手法（只能作为产品复检手段）方法2返松法方法3标记法方法4拧紧法（T）方法5moveon法（用小角度（2-4度）反推所需扭矩）方法6瞬时松动法（breakaway）（atlas专利）4.3静态扭力的测量方法4、扭力衰减2023/9/13Page1615方法1咔哒扳手法（只能作为产品复检手段）咔哒扳手:只能检测扭矩过低（通常设为扭矩下限的90%）无法准确检测静态扭矩因其操作简单，目前生产过程中运用比较多的方法4.3静态扭力的测量方法4、扭力衰减2023/9/13Page1715方法3标记法4.3静态扭力的测量方法4、扭力衰减2023/9/13Page1815方法4拧紧法（T）4.3静态扭力的测量方法4、扭力衰减2023/9/13Page1915方法5moveon法4.3静态扭力的测量方法4、扭力衰减2023/9/13Page2015方法6瞬时松动法4.3静态扭力的测量方法4、扭力衰减2023/9/13Page2115方法6瞬时松动法（Breakaway)操作步骤4.4扭力衰减的影响因素4、扭力衰减2023/9/13Page2215扭矩衰减的影响因素很多，如扭矩衰减已导致连接失效，不满足产品要求时，应从设计和工艺角度进行分析、改进。4、扭力衰减2023/9/13Page23影响因素举例说明：1、被装配件的表面粗糙度：材料的变形--局部嵌入4.4扭力衰减的影响因素应对策略：尽量避免部件的表面粗糙度过大4、扭力衰减2023/9/13Page24影响因素举例说明：2、弹性连接材料：尤其是塑料或密封件4.4扭力衰减的影响因素应对策略：降低最终拧紧的速度分步拧紧—如分步骤设置目标扭矩60%--80%--100%使用拧紧(如至目标扭矩80%)+反松+最终拧紧的方法4、扭力衰减2023/9/13Page25影响因素举例说明：3、过快的装配速度、不合理的装配动作4.4扭力衰减的影响因素应对策略：降低最终拧紧的速度分步拧紧—如分步骤设置目标扭矩60%--80%--100%使用拧紧(如至目标扭矩80%)+反松+最终拧紧的方法①选用合适的工具②多轴同步拧紧③拧紧的次序4、扭力衰减2023/9/13Page26影响因素举例说明：3、过快的装配速度、不合理的装配动作4.4扭力衰减的影响因素①选用合适的工具4、扭力衰减2023/9/13Page27影响因素举例说明：3、过快的装配速度、不合理的装配动作4.4扭力衰减的影响因素②拧多轴同步拧紧4、扭力衰减2023/9/13Page28影响因素举例说明：3、过快的装配速度、不合理的装配动作4.4扭力衰减的影响因素③拧紧的次序

螺纹联接时紧固力和紧固顺序相当重要，如紧固力与紧固顺序配合不当，表面看起来螺纹其实都以紧固完成，实质上螺纹在经过震动、冲击和交变运动后，很快就会松动。所以在成组螺钉、螺母紧固时，一定按正确的紧固顺序逐次（一般两三次）拧紧螺母。一般第一次紧固力为25%，第二次紧固力为50%，第三次紧固力为100%。下图为各种联接件的紧固顺序：长条形零件：从中间开始向两边紧固，防止零件变形64231579614783251012471628534、扭力衰减2023/9/13Page29影响因素举例说明：3、过快的装配速度、不合理的装配动作4.4扭力衰减的影响因素③拧紧的次序对称零件：从对角开始紧固，如方形、圆形件4、扭力衰减2023/9/13Page30影响因素举例说明：3、过快的装配速度、不合理的装配动作4.4扭力衰减的影响因素③拧紧的次序多孔零件的紧固：从中向四周对称发散进行4、扭力衰减2023/9/13Page31影响因素举例说明：4、其他：如装配过程中的温度（复杂）4.4扭力衰减的影响因素应对策略：避免不合理的摩擦避免热膨胀系数不同/相差过大4、扭力衰减2023/9/13Page32影响扭矩衰减的因素很多，针对不同的扭矩衰减形式改善措施也不尽相同，综合以上内容，从工艺和设计角度去考虑扭矩衰减的常见改善措施归纳如下，当然，改善措施不局限于以下内容。4.5扭矩衰减的改善措施设计角度：1.表面粗糙度：表面粗糙度越小，材料表面越光滑，在拧紧后扭矩衰减越小。2.材料硬度：提高材料硬度，材料表面互相之间嵌入越困难，扭矩衰减也越小。3.弹性材料：塑料或橡胶等，尽量少采用，如必须采用，应制定周全的拧紧策略，以保证衰减后的夹紧力满足产品要求。4.螺栓选择：细牙螺栓相比粗牙螺栓螺距更小，螺纹升角也小，在使用中不容易松动，因此采用细牙螺栓扭矩衰减会较粗牙低4、扭力衰减2023/9/13Page33影响扭矩衰减的因素很多，针对不同的扭矩衰减形式改善措施也不尽相同，，以下仅从工艺和设计角度去考虑扭矩