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

根本拧紧技术FotonCummins&AtlasCopco

福田康明斯阿特拉斯·科普柯拧紧技术1根本拧紧技术介绍装配过程中的根本问题，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．

2为什么使用螺栓连接装配简单拆卸方便效率高本钱低3质量等级平安等级客户定义等级装配工作按精度等级分为三类4螺栓连接的受力剪切拉伸5为了拧紧螺栓,必须施加力以便拧紧螺母/螺丝6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FTFFFF7JointDiagrams螺拴与连接件的关系拉伸弹簧＋压紧弹簧螺栓连接8JointDiagrams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9JointDiagrams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δ2

10JointDiagrams轴向工作载荷的影响力δ1δ2变形螺栓受力增加局部夹紧力减少局部σδ1

工作载荷11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12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%螺栓头下外表的摩擦力,50%施加的扭矩并不象夹紧力那么简单1350-40-10规那么扭矩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%14螺拴的螺纹不规那么，导致摩擦力很高。本不应涂油的螺拴，被无意蘸了油工件外表处理改变，摩擦系数升高夹紧力,10%螺纹副中的摩擦了,40%螺栓头下外表的摩擦力,50%假设如下情况，同样扭矩提供的夹紧力是增加是下降？15再假设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%16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%17一定要确保施加的扭矩到达最小需要扭矩夹紧力一定要高于外部载荷平安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18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平安余量取决于:拧紧精度材料等级19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.20弹性松弛会影响夹紧力材料弹性松弛会使夹紧力衰减!Time21Jointcharacteristicscanalsodefinethetooltyperequired(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以内到达目标扭矩B.软连接：到达贴合点后，旋转2圈以上到达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22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23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24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25 装配 手测

(动态) (静态) 102.6 112 102.6 110 101.4 111 101.2 110 102.4 113 100.9 109 102.1 110 102.4 111 101.0 113 101.8 112

101.84 111.1 0.67 1.4 2.01 4.1均值 标准偏差

(Sigma) 3Sigma硬连接26均值 标准偏差

(Sigma)3Sigma 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27衰减60-70%的衰减发生在30毫秒以内时间牛米衰减断气28AluminiumJointSteelBolt29TorqueControl/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30AngleAClampForceFdFdAJointModelingTheclampforcewill,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.31ClampForceAngleTorqueJointModelingAngle32TheTorque-TensionRelationshipTheclampforceFwilltranslatetotorquethroughfrictionµ,pitchPandthreadangleßbytheformula:33JointModel-PlasticRangeClampForceTorqueAngleAngle34JointModel-PlasticRangeTheclampforceintheelasticrangeismainlydependantoftheyieldpointofthematerialandonlytoalesserdegreeoftherotationofangleandthefrictioncoefficient.Theforceratewilldeclineintheplasticrangewithamarkedbendforhighgradematerial,lessmarkedforlowgradematerialsandeventuallytheboltwillbreak.Themarginforyieldonsetuntilfailureishighlydependantonclamplength,butisnormallyseveralhundreddegrees.ClampForceAngleFailure35

TorqueControl扭矩控制36

TorqueControlTorquecontrolutilizesthewellknownrelationshipbetweentorqueandtension.Minimumclampforcewilloccuratmaximumfrictionandminimumforcerateandviceversa.

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TorqueControl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38TorqueControl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方法防止螺拴断裂以上两个原因导致螺拴能力利用率低-60%39弹性区域角度控制TighteningSpecification=ThresholdTorque+TighteningAngle40弹性区域角度控制Anglecontrolintheelasticrangeavoidsthelarge

frictionvariationandutilizestheusuallysmallerforceratevariationbycontrollingtheangleratherthanthetorque-implementedbyturningaspecificanglefromatorquelevel,thethresholdtorque.(Thethresholdtorqueissometimesreferredtoasasnugtorque.)JointbeingpulledtogetherAngleTorque41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本钱和精度可以接受螺拴利用率得到提高弹性区域角度控制42弹性区域角度控制劣势标准的拧紧标准不能直接使用了-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43塑性区域角度控制ClampForceTorqueAngleAngleTresholdtorqueTighteningangleClampforcevariation44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45TorquedT/dAmaximumX%ofdT/dAmaximumdT/dAAngleAngle梯度(扭矩变化率)控制、屈服点控制46梯度(扭矩变化率)控制、屈服点控制Advantages优势Themethodutilizesthefullyieldstrengthofthebolt,whiletakingitpastyieldaminimumamount.螺拴进入塑性阶段一个小角度,最大程序利用螺拴Theboltscannormallybereusedseveraltimes螺拴可以重复利用几次Withgradientcontrolmethods,thetighteningprocessisadaptedtotheindividualjoint.夹紧力精度很高,拧紧效果不受弹性系数K影响.当需要用许多螺拴巩固的情况下,如气缸盖,在设计上有时需要对不同位置使用不同螺拴,弹性系数不同.但这只影响屈服点的角度,夹紧力总是在屈服点附近.Drawbacks劣势需要连接分析和实验室工作过程的检验困难拧紧/修复螺拴可能是个问题Equipmentbecomesexpensive设备昂贵47ToolControlMethods-UltrasonicsUltrasonicstighteningtechniquesarebasedthepropagationofanacousticwavedownthebolt,andnormally,reflectedbacktothebolthead.Astheboltexperiencesclampforce,itwillbeelongatedandthetraveltimewillincrease.Traveltimewillalsoincreasedependingonthestresslevelinthematerial.Ultrasonicsoffersthemostexactmethodsofclampforcemeasurementandhencecontrol,butisrequiresspecialconditions(acousticcoupling声耦合,boltlengthtodiameterratios螺拴长度直径比,speciallytreatedboltheadsandboltends螺拴头尾的特殊处理)thatoftenmakesitdifficulttoarrangeexceptunderspecialproductionconditionsorforlaboratoryuse.48工具的认证我怎么知道是否买到了一把好工具??49ISO标准ISO9001并不能提高产品的质量QS9000那么能提高产品的质量ISO5393是当今动力工具的唯一国际标准测试:精度，耐用度，和重复性福特认证：首个动力工具认证系统50福特/ISO5393

动力工具认证511970年福特开始对动力工具进行能力测试，目的是：明确生产中对所需扭矩的控制能力明确对工具测试的统一标准明确对工具综合性能的评判标准进行测试并对工具分级根据测试结果来对特定工位选择适宜的工具动力工具的测试是由福特开始的，之后转由LTU(劳伦斯理工大学)在福特监理下进行认证背景52测试程序 对于每把不同的工具(即使是不同的齿轮结构)，都需按照如下的程序进行测试:抽出4把工具进行能力测试(每把工具进行25次硬连接和25软连接拧紧)将其中的2把工具的数据按照福特标准进行精度测试对剩下的2把工具进行耐受度测试对抽出的2把工具按照福特/LTU标准进行能力测试对2把工具中的一把按照福特/LTU标准进行耐受度测试经过耐受度测试之后再进行能力测试以确保工具仍处于良好状态

注意:对于一次10-级