浅谈螺纹连接的扭矩控制.pdf

文章编号 1 0 0 2 6 6 7 3 2 0 1 3 0 5 0 6 2 0 2 浅谈螺纹连接的扭矩控制 王延军 金柱发 李银生 一汽通用红塔云南汽车制造有限公司 云南曲靖6 5 5 0 0 0 摘要 对螺纹连接及其影响因素进行分析 结合生产实际对四轴前后桥动态扭矩与静态扭矩闾的差别进行测 试 通过统计方法得到扭矩控制的数值 并建立扭矩的控制方法 应用到产品生产质量控制过程中 关键词 扭矩控制 动态扭矩 静态扭矩 中图分类号 T 1 t 1 3 3 文献标识码 A d o i l O 3 9 6 9 j is s n 1 0 0 2 6 6 7 3 2 0 1 3 0 5 0 2 4 T o r q u eC o n t r o lo fT h r e a dC o n n e ct io n W A N GY a h 血n J J NZ h u 一凡 L IY in S h e n g F A w G MH O N G T AY u r m a nA u t o m o b l eC o L t d Q u j in gY u n n a n6 5 5 0 0 0 C h in a A b s t r a ct T h et h r e a d e dco n n e ct io na n dit sin f l u e n cin gf a ct o r sw e r ea n a l y z e d d if f e r e n td y n a m ic t o r q u ea n ds t a t ict o r q u ew e r ea n a l y z e dt O O O b t a int h en u m e r ica lo ft o r q u eco n t r o lt h r o u g ht h es t a t is t ica lm e t h o d a n de s t a b l is hco n t r o lm e t h o do ft o r q u e a p p l ie dt Ot h ep r o d u ct io n q u a l it yco n t r o lp r o ce s s K e yw o r d s t o r q u eco n t r o l d y n a m ict o r q u e s t a t ict o r q u e 0 引言 螺纹连接通过螺栓轴向预紧力来连接两个零件 是 机械产品中常用的连接方式 螺栓轴向预紧力对连接强 度 螺纹副防松 被连接件间的密封等有直接影响 稳 定和大小适宜的轴向预紧力是可靠连接的前提 实际工 作中 不能方便地直接测量螺栓轴向夹紧力 所以 一 般需通过对螺栓扭矩的控制来得到合适的轴向夹紧力 在汽车装配中 作为整车承载 脊梁 的车架 其连接 件采用螺栓 包括高强度的螺栓 的数量比例越来越高 保证车架产品产出时的螺栓扭矩合格尤其重要 本厂在一个新车型生产准备阶段 四轴前后桥U 型 螺栓预紧 在确认联接件 螺纹副 操作方法等处于稳 定状态的情况下 使用电动拧紧机 拧紧所要测量的螺 栓 再通过数显扭矩扳手检测扭矩值时 发现扭力矩值 不一致 达不到工艺规定的扭力矩值要求 本文对此问 题进行了检测分析并提出了解决问题的方法 1 影响扭矩的因素分析 根据扭矩与拧紧技术的原理 扭矩 摩擦力和夹紧 修稿日期 2 0 1 3 0 8 0 9 作者简介 王延军 1 9 6 3 男 蒙古族 内蒙古人 硕士研 究生学历 高级工程师 技术负责人 主要研究领域 汽车 工艺技术 已发表论文两篇 金柱 发 1 9 6 4 中专学历 工程 师 主要研究领域 汽车装配工艺技术 6 2 力的关系如图1 所示 螺栓在拧紧中拉伸 就对连接件 产生了夹紧力 而在装配过程中需要的正是连接件中的 夹紧力 但在紧固过程中一般9 0 的扭矩被摩擦力消 耗 只有1 0 的扭矩转化为夹紧力 图1 螺纹连接的扭矩转化示意图 F ig 1T o r q u ech a n g ef o rS cr e wco n n e ct io n s 1 1 摩擦力的影响 通过测算 摩擦力的变化 会导致连接件中的夹紧 力有4 0 的变化 从扭矩控制的方法分析 当螺纹连接 时 螺栓轴向预紧力F 与拧紧时所施加的拧紧扭矩T 成 正比关系 用T K F 表示 K 为扭矩系数 其值大小主 要由接触面之间 螺纹牙之间的摩擦阻力决定 一般情 况下 K 值约在0 2 一O 4 之间 而有时达到在0 1 加 5 之 间 所以摩擦阻力的变化对扭矩影响很大 即使用相同 的设定扭矩值拧紧两个不同摩擦阻力的连接件时 所获 得的螺栓扭矩相差很大 最大可达一倍 使用不同的螺 母的状态 其摩擦力不同 扭矩随之改变 1 2 连接方式 连接方式分为硬连接 中性连接与软连接 通过试 产品与市场 验可知 连接体的弹性系数不同 表面加工方法和处理 方法不同 对扭矩系数K 值有很大的影响 从而影响扭 矩 根据Q C T S l 8 2 0 0 7 汽车用螺纹紧固件拧紧扭矩规 范要求 8 8 级M 1 4 x 1 5 的螺栓 其扭矩为1 4 6 N m 2 0 6 N m 通过将其装于硬连接 中性连接与软连接部 位进行试验并统计分析与计算得出 硬连接时静态扭矩 为1 5 6 N m 2 4 8 N m 中性连接时静态扭矩为1 4 1 N m 1 2 4 7 N m 软连接时静态扭矩为1 0 8 N m 2 6 2 N m 通过 试验其影响扭矩达 2 7 2 在拧紧过程中 在螺栓轴向 方向连接件及被连接件变形越大 该连接越 软 反 之越 硬 在实际应用中 硬连接的拧紧角度小于 3 0 0 软连接的拧紧角度大于7 2 0 0 但大多数连接为中 性连接 其拧紧角度在3 0 和7 2 0 之间 连接方式对扭l 矩的影响如图2 所示 ig 2 I n f l u e n ceo fco n n e ct io nm o d e 1 3 其他影响扭矩的因素 装配过程中的振动 工件的状态 装配件变化 装 配零件尺寸变化 孔错位 零件错位 零件不对致紧 固时受力不均 严重影响扭矩值 关联零件没有装配到 位 工装夹具不到位同样致紧固时受力不均 影响扭矩 值 拧紧的精度 测量的时间 人员状态 力量大小 用力均匀性 到位状态感知等 在螺栓直径 被连接件表面摩擦系数 螺纹副摩擦 系数和连接方式已确定的情况下 电动拧紧机拧紧螺母 后输出扭矩与用数显扭矩扳手检测螺母扭力矩值不一致 的原因 分析应是动态扭矩与静态扭矩产生的影响 2 静态扭矩 动态扭矩及其影响因素 静态扭矩 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 即为 静态扭矩 如所用扭力扳手测量所得到的扭矩 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 如四轴前后桥U 型螺栓拧紧机 最终显示的扭矩是动态扭矩 通常拧紧规范规定的是动态扭矩 动态扭矩和静态 扭矩存在差别 有时二者相差可达3 0 甚至更大 造成 差异的主要因素包括 软性粘结点 衬垫和密封圈 拧 紧的时间 工件的状态 是否已经用过 人员状态 力 量大小 用力均匀性 到位状态感知等 在其他条件相 同时 根据研究 连接方式对动静态扭矩的影响为软联 接 静态扭矩低于动态扭矩 硬联接 静态扭矩高于动 态扭矩 中性联接 静态扭矩接近动态扭矩 拧紧机拧紧螺母时输出的扭矩是动态扭矩 当用手 动扳手重新检测螺母扭矩时 则为静态扭矩 动态扭矩 比静态扭矩更加准确 重复性更强 为了正确控制前后桥钢板弹簧骑马螺栓的扭力矩 通过进一步实验 统计分析 制定了检验静态扭矩与拧 紧机设置动态扭矩 经过在生产过程中的实施及跟踪验 证 钢板弹簧骑马螺栓的扭力矩得到了有效控制 3 扭紧力矩控制 1 静态扭矩值的正确评价采用通过采集1 0 0 个实际 扭矩测量值 然后借助统计分析的方法求出标准偏差S 再根据装配的实际情况以2 s 或3 s 作为控制范围的上 下极限 用作检验 评价螺栓连接拧紧效果 且所测量 的静态扭矩值必须在设定的上下极限范围内 2 编制动态扭力矩与静态扭力矩对照表作为实际生 产的控制范围与检验所用 见表1 表1 动态扭矩与静态扭矩对照表 T a b 1S t a t e m e n to fd y n a m ica n ds t a t ict o r q u e 涛 烈螺母规格I 罐各警l 控 挚l 5 l I l 6 X I 5 Q 3 6 1 8 1 6 2 4 x 2 7 l2 0 0 2 5 0 定值2 3 01 9 0 2 8 0 中值2 3 5 M 1 8 x 1 5 Q 3 6 3 8 1 8 2 7 x 3 0 l2 5 0 3 0 0 定值2 8 02 5 0 3 4 0 中值2 9 5 l 1 2 0 X 1 5 Q 3 6 3 8 2 0 3 0 x 3 3 I3 9 6 4 4 0 定值4 2 03 7 0 4 7 0 中值4 2 0 M 2 2 X 20 3 6 3 C 2 2 3 4 3 8 I 3 拧紧机纳入计量管理 并按电动拧紧机管理办法 的规定进行日常校准与定期校准工作 4 制定静态扭矩检测规范 4 结束语 钢板弹簧骑马螺栓拧紧是汽车装配扭矩控制重点之 一 合格力矩控制对装配质量至关重要 但影响力矩的 因素较多 在实际生产尤其是大批量生产过程中力矩的 控制是一项复杂的工作 通过力矩的影响分析 找到动 态