AtlasCopco基本拧紧技术件.ppt

1 1 BASICTIGHTENINGTECHNIQUE基本拧紧技术 ACTighteningTechnique阿特拉斯 科普柯拧紧技术 1 2 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 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 1 3 Differentwaysofassembling装配的不同方法 Welding 焊接 Gluing 粘接 Riveting 铆接 Tighteningwithscrewsandbolts 螺栓拧紧连接 1 4 Whyuseboltedjoints 为什么使用螺栓连接 Easyandquickassembly 简单方便 Canbedisassembledandreassembled 可以拆卸和重新装配 Standardisedwell definedelement 标准化 Cost efficient 节省成本 Theboltshouldbeweakestlink 设计成最薄弱环节 It ssoeasythatachildcandoit 1 5 Thethreadcreatestheclamploadthatholdsthejointtogether螺纹建立夹紧载何使得工件被夹紧 Clampingforce Tension Turningthenutorscrewstretchesthescrew 旋转螺母或者螺栓拉深螺栓 Stretchingthescrewclampsthepartstogether 拉伸螺栓保证工件夹紧 Theclamploadinthejointisthetargetofalltightening 夹紧载何就是我们的拧紧的目标 1 6 Clampingforcevstensileloadandshearload夹紧力和螺栓张力和剪切力 Clampingforce 1 7 Thismustbeavoided 这个必须要避免 Shearload Shearload Tension Tension 1 8 1 9 Bolttension 20kN 1 10 Bolttension ton 1 11 Bolttension ton 10kN 1 12 Isthebolttensionnowapproximately 现在螺栓的拉伸力大约是多少 10kN 20kN Or30kN 1 13 TheCorrectansweris 正确的答案是 20kN theboltpretensionwillNOTchange much 螺栓上承受的拉伸力是不会变化的 1 14 TheSpecialFastener特殊模式 1 15 TheUseoftheSpecialFastener拧紧这个模式 1 16 TheJointLoadedbyanAppliedForce连接负载被一应用的力产生 1 17 TheJointLoadedbyanAppliedForce Zeroclampattheinterface 界面中没有夹紧 1 18 TheJointLoadedbyanAppliedForce 1 19 Question Whatisthemajordifferencebetweenaboltedjointononehandandawelded gluedorrivetedjointontheotherhand 螺栓连接和焊接铆接粘接有什么最大的区别Andwhatistheconsequenceofthisdifference 这个不同点有什么重要的 1 20 Question Whatisthemajordifferencebetweenaboltedjointononehandandawelded gluedorrivetedjointontheotherhand THEBOLTEDJOINTISPRELOADED 螺栓连接有预加负载Andwhatistheconsequenceofthisdiffference 1 21 Question Whatisthemajordifferencebetweenaboltedjointononehandandawelded gluedorrivetedjointontheotherhand THEBOLTEDJOINTISPRELOADED Andwhatistheconsequenceofthisdiffference ONLYASMALLPORTIONOFTHEEXTERNALLOADISTRANSFERREDTOTHEBOLT untilthepreloadisexceeded 只有很小的一部分外部负载被转移到螺栓上 直到超过预加负载 1 22 Question Whatisthemajordifferencebetweenaboltedjointononehandandawelded gluedorrivetedjointontheotherhand THEBOLTEDJOINTISPRELOADED Andwhatistheconsequenceofthisdiffference ONLYASMALLPORTIONOFTHEEXTERNALLOADISTRANSFERREDTOTHEBOLT INTERESTING BUTWHATISTHEVALUEOFTHAT 意义 但是这个价值是什么 1 23 Variationsinexternalloadsareonlytoasmallextenttransferredtothebolt Thefatigueresistanceoftheboltbecomesveryhigh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交变而产生疲劳损坏Itprovidesafrictionalgrip Itwillnotcomeapartifthepartscannotmoveinrelationtoeachother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 24 螺栓连接的受力 剪切 拉伸 1 25 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安全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 1 26 施加的力不要超过使用极限 螺栓拉伸量 N夹紧力 施加的力过大会使螺栓过度伸长安全余量取决于 拧紧精度材料等级 27 螺栓连接应用的历史背景 28 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制性 29 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 30 VDI2230 德国工程师协会2230标准 基于从1960年代就开始的研究 德国工程师协会 VDI GermanSocietyofEngineers 发布了VDI2230 高负荷连接的系统计算方法 SystematicCalculationofHighDutyJoints 31 VDI2230 使用范围 VDI2230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 32 连接件图 螺拴与连接件的关系 拉伸弹簧 压紧弹簧 1 33 螺拴和连接的变形 1 34 连接图解 螺栓连接的变形关系 夹紧力 变形 预紧力 螺栓伸长 1 连接件 压缩 2 1 35 JointDiagrams连接图解 轴向工作载荷的影响 力 1 2 变形 螺栓受力增加部分 夹紧力减少部分 1 工作载荷 1 36 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 1 37 Torquemeasurement扭矩测量 Theappliedtorqueismeasured应用力矩 ClampingforceNeeded需要的夹紧力 Clampingforceistheaimatbutitishardtomeasure Torqueiseasytomeasureandapply 夹紧力是目标但是比较难测量但是扭矩比较容易测量 1 38 TorqueT Fxr r F Ta r F Tb Result Ta 2Tb F appliedforce inNewton r leverlength inmeters 1 39 为了拧紧螺栓 必须施加力以便拧紧螺母 螺丝 1 40 Clampingforcedependsontorqueandotherfactors夹紧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 clampingforce夹紧力P pitchofthread螺距 g frictionvalueinthread 螺纹摩擦系数d2 diameterbolt螺纹中径Dkm sizeofsurfacebolt nut head螺栓头小表面尺寸Dkm dw dh 2 k frictionvaluesurfacebolt head螺栓头下的摩擦系数 1 41 Frictionbetweenthreadboltandthreadnut螺纹和螺帽的摩擦力 Clampingforce夹紧力 Frictionunderbolt head螺栓头下的摩擦力 50 40 Relationbetweenappliedtorqueandclampingforce扭矩和摩擦力的关系 1 42 Changingfriction bolt head螺栓头下的摩擦力变化 Teflonwasher塑料惦片 1 43 40 20 40 40 40 Teflonwasher塑料垫片 Frictionbetweenthreadboltandthreadnut螺纹和螺帽的摩擦力 Clampingforce夹紧力 Frictionunderbolt head螺栓头下的摩擦力 Relationbetweenappliedtorqueandclampingforce扭矩和摩擦力的关系 1 44 Lessfriction 1 45 Changingfriction bolt head螺栓头下的摩擦力变化 Lockingwasher防松垫片 1 46 60 40 Lockingwasher防松垫片 Frictionbetweenthreadboltandthreadnut Clampingforce Frictionunderbolt head Relationbetweenappliedtorqueandclampingforce扭矩和摩擦力的关系 1 47 Morefriction 1 48 Changingfriction threadbolt nut螺纹的摩擦力变化 1 49 50 20 30 50 30 Oilonthreads Frictionbetweenthreadboltandthreadnut Clampingforce Frictionunderbolt head Relationbetweenappliedtorqueandclampingforce 1 50 Lessfriction 50 20 30 1 51 Changingfriction threadbolt nut 1 52 50 0 50 50 50 Rustedbolt Frictionbetweenthreadboltandthreadnut Clampingforce Frictionunderbolt head Relationbetweenappliedtorqueandclampingforce 1 53 Morefriction 50 0 50 1 54 Otherwaysofchangingthefriction Liquidloctite液体乐泰螺纹胶Locknut防松螺帽Paintinthethreads螺纹中含有油漆Damagedthreads损坏的螺纹Weldingpearls焊渣Boltfinishing Cr6 Dacromet etc 1 55 Loctite 1 56 Locknut 1 57 Paintonthethreads 1 58 Damagedthreads 1 59 50 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 1 60 夹紧力与摩擦力的关系 一般情况下 螺栓头下摩擦力50 螺纹副中摩擦力40 10 在螺栓法兰面上加润滑油 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 1 61 螺栓标识系统 生产商标识第一个数 1 100的最大抗拉强度 N mm2 100 8 800N mm2第二个数 屈服强度与最大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 1 62 施加的力不要超过使用极限 螺栓拉伸量 N夹紧力 施加的力过大会使螺栓过度伸长安全余量取决于 拧紧精度材料等级 1 63 64 软连接和硬连接 65 Torque OK 夹紧角 66 硬连接的定义 ISO5393 30 max 夹紧角 67 硬连接举例 Clampingforce Steepslope Angle Lowangledisplacement 68 720 min 软连接 软连接的定义 ISO5393 69 软连接举例 Clampingforce Softslope Angle Highangledisplacement 1 70 连接的特性也决定着所需工具的类型 ISO5393 旋转角度 目标扭矩 A 硬连接 到达贴合点后 旋转30 以内达到目标扭矩的连接 B 软连接 到达贴合点后 旋转2圈 720 以上达到目标扭矩的连接 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 30 720 71 硬连接 30deg ISO5393 软连接 720deg ISO5393 XNm XNm 30 720 72 扭矩过冲 10Nm 9Nm 工具虽然设定都是9Nm 但是针对不同性质的连接会产生不同的结果 1 73 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 1 74 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 1 75 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 27 T Nm 时间 20 40 60 80 100 110 120 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 76 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V的拐点即是扭力扳手测得的硬连接上的静态扭矩 1 77 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 78 软连接 静态扭矩较动态扭矩要偏小 原因是衰减 VDI2230里系统的方法设置螺拴即有计算扭矩衰减这一步骤 79 Ifwelookatwhathappenstothesurfaceincontactwiththethreadsandunderthehead wewillnoticethatlocallytheloadcanbeextremelyhigh farexceedingyieldandtheseareaswillcollapse embedment Embedmentreducestheclampingforcebecausetheelongationoftheboltisreduced Veryhighload Averageload 80 ofyield 扭矩衰减 copyrightBLMs a s 24giugno2004 80 扭矩衰减的原因呢 连接的嵌入 81 82 CalculationStepR4 EstablishingPreloadLosses计算步骤R4 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 AluminiumJoint SteelBolt 1 83 弹性衰减会影响夹紧力 材料弹性衰减会使夹紧力衰减 Time 1 84 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 1 85 衰减 60 70 的衰减发生在30毫秒以内 时间 牛米 衰减 断气 1 86 扭矩和角度OK 扭矩 角度 扭矩 OK角度 OK 1 87 结论 Clampforce Frictioninthreads Frictionundernutorhead 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 拧紧扭矩必须精确连接件质量必须得到监控 88 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 89 夹紧力 角度 扭矩 角度 螺拴连接模型 90 夹紧力 扭矩 角度 角度 螺拴连接模型 塑性变形阶段 91 扭矩控制 92 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 ForceRate 时提供最小的夹紧力 反之亦然 扭矩控制 93 优势 容易实现不同精度等级的控制 25 的脉冲型工具到 1 的拧紧轴巨量的产品和过程设计的标准数据 历史悠久过程和设备的有效性校验过程非常容易工程师非常熟悉 广为人知 扭矩控制 94 TighteningMethods 劣势 夹紧力的精度很差 可能到 60 受摩擦系数影响大没有根本办法防止螺拴断裂以上两个原因导致螺拴能力利用率低 60 扭矩控制 95 弹性区域角度控制 拧紧规范 门槛力矩 拧紧角度 96 弹性区域内的角度控制避免了的摩擦系数大范围变