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扭矩控制 谢添 扭矩控制 目录第一章 拧紧基本术语第二章 螺栓连接方式和拧紧过程第三章 扭矩控制方法 第一章拧紧基本术语 1 扭矩 施加于轴圆周上使轴转动并产生扭曲形变等的扭转力偶或力矩 2 动态扭矩 是自动拧紧工具在拧紧过程最终或扭转过程所得到的扭矩值 也就是在安装时用在线式扭矩传感器测量的值 3 静态扭矩 用手动拧紧工具对已拧紧的螺栓加一个顺螺栓拧紧方向逐渐增大的扭矩 直至螺栓再一次产生拧紧运动的瞬间 记录下的刚产生运动的扭矩值 该扭矩值即为静态扭矩 如 用扭矩扳手测量所得到的扭矩 4 拧紧 实际上就是要使两被连接体间具备足够的压紧力 反映到被拧紧的螺栓上就是它的轴向预紧力 即轴向拉应力 5 动力工具 生产线上用于装配产品以控制螺纹紧固连接的气动枪和电动枪 气动枪 以压缩空气为动力源的拧紧工具的统称 电动枪 以电为动力源的拧紧工具的统称 6 标定 用扭矩标定仪 扭矩传感器和角度编码器 串接于电动拧紧枪之中 跟踪电动拧紧枪在螺纹连接件上进行拧紧的过程 从而确认其拧紧扭矩和 或拧紧角度在其规定范围内的一种方法 标定仪 一种标准扭矩控制仪器用来验证电动枪能达到规定的扭矩和 或角度 必须对其定期检定 第二章 螺栓连接方式和拧紧过程 硬连接 是指连接件硬度比较大 刚性的接合面贴合好的连接 一般不存在扭矩衰减 可能还有扭矩反冲 螺纹副贴合后旋转角度720 以上才能达到目标扭矩联合连接 是介于软连接和硬连接之间的连接 一般不存在扭矩衰减或扭矩反冲 硬连接 30度 ISO5393 软连接 720度 ISO5393 XNm XNm 30度 720度 螺栓连接的方式 硬连接和软连接 目标 均值偏差 扭矩 角度 过扭 贴合点 硬 软 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 硬连接 静态摩擦力大 静态扭矩高于动态扭矩 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 软连接 DYPT现场举例 生产现场软硬连接动静态扭矩测量结果比较1硬连接 装配A线OP410凸轮轴链轮螺栓和惰轮螺栓扭矩衰减小 静态摩擦大 静态扭矩偏高动静态扭矩比较如下2软连接 装配A线OP480排气歧管螺母扭矩衰减大 静态扭矩偏底动静态扭矩比较如下 动静态扭矩关系 动态扭矩是通用所认可的拧紧方式 装配线上的Bosch电动扳手就是使用此种连接方式当用手动扳手重新检测螺栓时 则采用静态扭矩 静态扭矩不是通用认可的拧紧方式 动态扭矩比静态扭矩更加准确 重复性更强 动态扭矩的读数与重检静态扭矩的读数通常是不同的 而且不同的粘结点 不同的螺栓 差别程度又有所不同 造成读数差异的主要因素包括 1 软性粘结点 衬垫和密封圈 2 拧紧的时间3 工件的状态 是否已经用过了 由于静态重检不如原先的动态扭矩准确 而且还会损坏好的粘结点 所以对合格工件进行重新检测不是一个好方法 静态重检应只限于工件返修 工件故障分析或工件拆卸检查 不要对好的发动机或变速箱进行静态检查 预拧紧 开始夹紧 夹紧形成 最终拧紧 螺栓连接拧紧过程简介 拧紧结果的可接受范围 最终扭矩和角度值必须落在这一区域 螺栓连接拧紧过程 拧紧角度值 o 扭矩 Nm 贴合点 螺栓连接拧紧曲线 张力 张力 螺栓连接件中的力 夹紧力 剪切力 剪切力 抗张力 抗张力 所施加的扭矩和夹紧力之间的关系 由公式可见 拧紧力矩被分为三部分 a 螺纹斜面受力而产生的预紧力 b 螺纹副的摩擦力矩 c 支撑面的摩擦力矩 相关参数代入公式中 能得出三者所占比重 The50 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 夹紧力 摩擦力对夹紧力的影响 摩擦力 润滑后的螺栓 坏的螺纹 普通 扭矩 屈服应力极限 夹紧力 高摩擦力 低摩擦力 普通 摩擦力对夹紧力的影响 扭矩与预紧力和摩擦系数的关系 扭矩与预紧力和摩擦系数的关系从图中可以看出摩擦系数 预紧力与最终扭矩之间的关系 如果螺栓强度最大 摩擦系数最小 则产生最大预紧力 反之 如果螺栓强度最小 摩擦系数最大 则产生最小预紧力 如果螺栓强度最小 摩擦系数最小 将产生最小最终扭矩 反之 如果螺栓强度最大 摩擦系数最大 将产生最大最终扭矩 电动工具 拧紧精度高 无操作者的影响 反作用力大1多轴拧紧机 制造厂家日本第一电通 标定精度为 3 2单轴拧紧枪 制造厂家为ATLASCOPCO 标定精度为 3 拧紧参数设定如下3气动工具为油压脉冲式 制造厂家为GUANGCHENGANDATLASCOPCO 其优点能够快速拧紧 反作用力小 拧紧精度主要依赖于操作者对工具的正确使用 校准精度为 25 其结构原理如下 现场拧紧设备介绍 油压脉冲式气动枪 硬连接件的整流阀 为了精度最佳 至少要3次脉冲 高精度断气机构 为了快速拧紧的双室马达 活塞和凸轮型脉冲单元 无弹簧 气动拧紧枪在拧紧过程中 一边对外输出扭矩 拧紧螺栓 一边压缩内部的弹簧 当弹簧被压缩到一定程度后 通过某种机械机构控制一根钢针堵住压缩空气的入口 停止拧紧 控制钢针堵住气源入口时 弹簧的压缩程度与设定的拧紧力矩有关 可以通过气动拧紧枪上的螺栓来调节 螺栓标识系统 第一个数 1 100的最大抗张应力 N mm2 100 8 800N mm2第二个数 抗张应力与屈服之间的关系0 8 80 两数相乘得出屈服应力800 0 8 640N mm2 公制螺纹 第三章 扭矩控制方法介绍 GMNA扭矩控制流程1 PE释放 动态 扭矩值2 ME 整车厂基于拧紧工具的能力选择合适的工具 可以满足释放的 动态 扭矩要求3 ME 整车厂根据扭矩控制平台实施工具确认4 ME 整车厂采集30组整车静态扭矩值 这些值必须为拧紧后5分钟之内的数值 Pilot阶段 5 ME使用一种公用的法则对动态和静态数值进行统计分析 以确定静态扭矩规范6 ME将 静态 扭矩规范释放到GPDS中 第三章 扭矩控制方法介绍 碳钢材料应力 应变曲线 p 弹性极限 N mm s 屈服极限 N mm b 抗拉强度极限 N mm 第三章 扭矩控制方法介绍 常用的扭矩控制方法有五种 1 扭矩控制法 T 2 扭矩 转角控制法 TA 3 屈服点控制法 TG 4 质量保证法 QA 5 扭矩斜率法 弹性区 屈服 失效 应力N mm 拉伸度 75 抗拉强度 3 1扭矩控制法 T 扭矩控制法 T 扭矩法就是利用扭矩与预紧力的线性关系在弹性区进行紧固控制的一种方法 该方法在拧紧时 只对一个确定的紧固扭矩Tc进行控制 因此 该方法操作简便 是一种一般常规的拧紧方法 优点是可选用各种扳手 扭矩参数容易测量 螺栓可以重复使用 且各国均经过了大量试验 各种扭矩参数估计的经验已十分丰富 便于产品和工艺设计的选择 其主要缺点是连接螺栓预紧力的离散度大 精度不易得到控制 螺栓预紧力精度在 30 左右 适合一般零件紧固 不适合重要的 关键的零件的连接 扭矩 转角控制法 TA 扭矩 转角控制法就是把一个确定的紧固转角作为指标来对初始预紧力进行控制的一种方法 即在拧紧时 首先将螺栓拧紧到某一个扭矩值 然后再从此点开始 将螺栓于螺母相对转动一个角度 旋转的角度称之为紧固转角 其优点是螺栓预紧力精度较高 离散度较小 但是应该注意的是该拧紧方法在塑性区拧紧时会使螺栓的杆部以及螺纹发生塑性变形 因此 对螺栓塑性差的以及螺栓反复使用的场合应考虑其适用性 另外 对预紧力过大 会造成被连接件受损的情况时 则必须对螺栓的屈服点及抗拉强度的上限值进行规定 3 2扭矩 转角控制法 TA 屈服点控制法 TG 屈服点控制法是把螺栓拧紧至屈服点后 停止拧紧的一种方法 它是利用材料的屈服现象而发展起来的一种高精度拧紧方法 屈服点控制法的拧紧精度是非常高的 其预紧力的误差可以控制在 4 以内 但其精度主要是取决于螺栓本身的屈服强度 螺栓一般不重复使用 质量保证法 QA QA法是通过测量螺栓的增长量来确定是否达到屈服点的一种控制方法 这种方法需要利用某些精密仪器 主要应用在科研机构中 在实际生产中的应用不多 3 3屈服点控制法 TG 扭矩斜率法扭矩斜率法是以扭矩 转角曲线中的扭矩斜率值的变化作为指标对初始预紧力进行控制的一种方法 该拧紧方法通