基本拧紧技术阿特拉斯力矩加转角技术分析及工具介绍.ppt

《基本拧紧技术阿特拉斯力矩加转角技术分析及工具介绍.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基本拧紧技术阿特拉斯力矩加转角技术分析及工具介绍.ppt（58页珍藏版）》请在一课资料网上搜索。

1、Beijing Seminar 2008-111-1基本拧紧技术基本拧紧技术Foton Cummins & Atlas Copco福田康明斯福田康明斯 阿特拉斯阿特拉斯科普柯拧紧技术科普柯拧紧技术Beijing 2008-111-2基本拧紧技术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To use equipment that matches specific needs of the customer is the key to success 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对客户来讲，

2、成功的关键是所使用的工具设备能够匹配其特定需要 Beijing 2008-111-3为什么使用螺栓连接为什么使用螺栓连接 装配简单装配简单 拆卸方便拆卸方便 效率高效率高 成本低成本低Beijing 2008-111-4质量等级质量等级安全等级安全等级客户定义等级客户定义等级装配工作按精度等级分为三类装配工作按精度等级分为三类Beijing 2008-111-5螺栓连接的受力螺栓连接的受力剪切剪切拉伸拉伸Beijing 2008-111-6为了拧紧螺栓为了拧紧螺栓, 必须施加力以便拧紧螺母必须施加力以便拧紧螺母/螺丝螺丝Beijing 2008-111-7测量拧紧效果测量拧紧效果我们能够测量的

3、是扭矩我们能够测量的是扭矩T我们想要得到的是夹紧力我们想要得到的是夹紧力FTFFFFBeijing 2008-111-8Joint Diagrams螺拴与连接件的关系螺拴与连接件的关系拉伸弹簧压紧弹簧螺栓连接Beijing 2008-111-9Joint Diagrams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螺拴和连接的变形Beijing 2008-111-10Joint Diagrams螺栓连接的变形关系螺栓连接的变形关系 力 变形预紧力螺栓伸长1 连接件 压缩2 Beijing 2008-111-11Joint Diagrams轴向工作载荷的影响轴向工作载荷的影响 力12

4、 变形螺栓受力增加部分夹紧力减少部分1 工作载荷Beijing 2008-111-12通过螺纹产生夹紧力把连接件夹紧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螺丝伸长产生的夹紧力把连接件夹紧紧我们需要的是连接件中的夹紧力我们需要的是连接件中的夹紧力Beijing 2008-111-13力 (F), 力臂 (L) = 扭矩(M)螺丝旋转的越多，得到的扭矩越大但是但是, 90% 的扭矩被摩擦力消耗的扭矩被摩擦力消耗只有只有10%的扭矩转化为夹紧力的扭矩转化为夹紧力夹紧力夹紧力, 10%螺纹副中的摩擦螺纹副中的摩擦了了, 40

5、%螺栓头下表面的螺栓头下表面的摩擦力摩擦力, 50%施加的扭矩并不象夹紧力那么简单施加的扭矩并不象夹紧力那么简单Beijing 2008-111-1450-40-10 规则规则90% 90% 的扭矩用于克的扭矩用于克服摩擦力服摩擦力Beijing 2008-111-15螺拴的螺纹不规则，导致摩擦力很高。螺拴的螺纹不规则，导致摩擦力很高。本不应涂油的螺拴，被无意蘸了油本不应涂油的螺拴，被无意蘸了油工件表面处理改变，摩擦系数升高工件表面处理改变，摩擦系数升高夹紧力夹紧力, 10%螺纹副中的摩擦螺纹副中的摩擦了了, 40%螺栓头下表面的螺栓头下表面的摩擦力摩擦力, 50%假设如下情况，同样扭矩提供的

6、夹紧力是增加是下降？假设如下情况，同样扭矩提供的夹紧力是增加是下降？Beijing 2008-111-16再假如完全没有摩擦力会怎样？会不会有扭矩产生？再假如完全没有摩擦力会怎样？会不会有扭矩产生？扭矩能保持吗？扭矩能保持吗？90% 90% 的扭矩用于克的扭矩用于克服摩擦力服摩擦力Beijing 2008-111-17夹紧力与摩擦力的关系夹紧力与摩擦力的关系Beijing 2008-111-18一定要确保施加的扭矩达到最小需要扭矩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夹紧力一定要高于外部载荷安全余量载荷的影响因素安全余量载荷的影响因素: 振动振动 摩擦力的变化摩擦力的变化

7、 连接件尺寸变化连接件尺寸变化 拧紧精度拧紧精度Beijing 2008-111-19施加的扭矩不要超过使用极限施加的扭矩不要超过使用极限Angle of rotation旋转的角度Torque扭矩 施加的扭矩过大会使螺施加的扭矩过大会使螺栓过度伸长栓过度伸长 安全余量取决于安全余量取决于: 拧紧精度拧紧精度 材料等级材料等级Beijing 2008-111-20螺栓标识系统螺栓标识系统生产商生产商第一个数第一个数 = 1/100 的最小抗拉的最小抗拉强度强度 (N/mm2)1008 = 800 N/mm2 第二个数第二个数 =屈服强度与最小抗拉屈服强度与最小抗拉强度之间的关系强度之间的关系

8、0.8 = 80%两数相乘得出屈服应力两数相乘得出屈服应力 800* 0.8 = 640 N/mm2 公制螺纹公制螺纹.Beijing 2008-111-21弹性松弛会影响夹紧力弹性松弛会影响夹紧力材料弹性松弛会使夹紧力衰减材料弹性松弛会使夹紧力衰减!TimeBeijing 2008-111-22Joint characteristics can also define the tool type required (ISO 5393)连接的特性也决定着所需工具的类型连接的特性也决定着所需工具的类型旋转角度旋转角度目标扭矩目标扭矩A. 硬连接：到达贴合点后，旋转硬连接：到达贴合点后，旋转30以

9、内达到目标扭矩以内达到目标扭矩B. 软连接：到达贴合点后，旋转软连接：到达贴合点后，旋转2 圈以上达到目标扭矩圈以上达到目标扭矩扭矩的过扭程度受连接件硬度以及扭矩的过扭程度受连接件硬度以及工具转速影响。工具转速影响。软连接、硬连接软连接、硬连接Beijing 2008-111-23软、硬连接软、硬连接目标目标均值偏差均值偏差扭矩扭矩角度角度过扭过扭贴合点贴合点硬连接硬连接软连接软连接Beijing 2008-111-24如何在一个连接件上测量扭矩如何在一个连接件上测量扭矩动态扭矩动态扭矩:在拧紧螺栓的同时用在线式扭矩传感器测量在拧紧螺栓的同时用在线式扭矩传感器测量 静态扭矩静态扭矩:安装后用扭

10、矩扳手测量安装后用扭矩扳手测量Beijing 2008-111-25静态扭矩静态扭矩动力工具动力工具输出扭矩输出扭矩 92949192949292X=92,43s=1,13扭力扳手扭力扳手静态扭矩静态扭矩 103 106 103 100 100 103 100X=102,14s=2,27T (Nm)时间时间20406080100110120(A)工具输出工具输出 (动态扭矩动态扭矩)(B) 扭力扳手扭力扳手 (静态扭矩静态扭矩)原因:静态摩擦力Beijing 2008-111-26装配手测(动态)(静态) 102.6 112 102.6 110 101.4 111 101.2 110 102.

11、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 均值均值 标准偏差标准偏差 (Sigma) 3 Sigma硬连接硬连接Beijing 2008-111-27均值均值 标准偏差标准偏差 (Sigma) 3 Sigma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

12、.3 软连接软连接Beijing 2008-111-28衰减衰减时间时间牛米牛米Beijing 2008-111-29Aluminium JointSteel BoltBeijing 2008-111-30 Torque Control /Angle Monitor扭矩控制角度监控 Angle Control / Torque Monitor角度控制扭矩监控 Torque and Angle Control扭矩和角度控制 Fastener Yield Control屈服点控制 其它高级拧紧控制方法其它高级拧紧控制方法Beijing 2008-111-31Angle AClampForceFdF

13、dAJoint ModelingThe clamp force will, after the run down section, grow as a linear function of angle. 夹紧力在贴合后随着角度线性增长This can be described as可描述为:Clamp Force F= k * A,where k is the force rate(力率、力比力率、力比) defined as dF/dAA is the angle of turn of the bolt.The force rate will, for a given design vary

14、, mainly as a function of geometric tolerances公差公差.Beijing 2008-111-32ClampForceAngleTorqueJoint ModelingAngleBeijing 2008-111-33The Torque - Tension RelationshipThe clamp force F will translate to torque through friction , pitch P and thread angle by the formula:Beijing 2008-111-34Joint Model - Pla

15、stic RangeClampForceTorqueAngleAngleBeijing 2008-111-35Joint Model - Plastic RangeThe clamp force in the elastic range is mainly dependant of the yield point of the material and only to a lesser degree of the rotation of angle and the friction coefficient.The force rate will decline in the plastic r

16、ange with a marked bendfor high grade material, less marked for low grade materials and eventually the bolt will break. The margin for yield onset until failure is highly dependant on clamp length, but is normally several hundred degrees.ClampForceAngleFailureBeijing 2008-111-36 Torque Control扭矩控制扭矩

17、控制Beijing 2008-111-37 Torque ControlTorque control utilizes the well known relationship between torque and tension. Minimum clamp force will occur at maximum friction and minimum force rate and vice versa. Beijing 2008-111-38 Torque Control扭矩控制扭矩控制Advantages优势优势:l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l

18、巨量的产品和过程设计的标准数据-历史悠久l过程的设备的有效性审订容易l广为人知Beijing 2008-111-39Torque Control扭矩控制扭矩控制劣势劣势:l夹紧力的精度很差,可能差到+/- 60 %,受摩擦系数影响大l没有根本办法防止螺拴断裂l以上两个原因导致螺拴能力利用率低-60%Beijing 2008-111-40弹性区域角度控制弹性区域角度控制TighteningSpecification=ThresholdTorque+TighteningAngleBeijing 2008-111-41弹性区域角度控制弹性区域角度控制Angle control in the elas

19、tic range avoids the large friction variation and utilizes the usually smaller force rate variation by controlling the angle rather than the torque - implemented by turning a specific angle from a torque level, the threshold torque. (The threshold torque is sometimes referred to as a snug torque.)Jo

20、int beingpulled togetherAngleTorqueBeijing 2008-111-42优势优势l相对容易实现l过程和产品相对容易检查有效性l现场维修的成本和精度可以接受l螺拴利用率得到提高弹性区域角度控制弹性区域角度控制Beijing 2008-111-43弹性区域角度控制弹性区域角度控制劣势劣势l标准的拧紧规范不能直接使用了-必须做一些连接分析/实验室试验l无法使用扭力扳手校验l 工具同时需要扭矩和角度测量能力Beijing 2008-111-44塑性区域角度控制塑性区域角度控制ClampForceTorqueAngleAngleTreshold torqueTight

21、ening angleClamp force variationBeijing 2008-111-45优势优势l摩擦力影响降到最低l最大程度上利用螺拴能力塑性区域角度控制塑性区域角度控制劣势劣势l设置和校验产品参数的费用高昂l螺拴无法重复使用Beijing 2008-111-46TorquedT/dA maximumX% of dT/dA maximumdT/dAAngleAngle梯度梯度(扭矩变化率扭矩变化率)控制、屈服点控制控制、屈服点控制Beijing 2008-111-47梯度梯度(扭矩变化率扭矩变化率)控制、屈服点控制控制、屈服点控制Advantages优势优势l The meth

22、od utilizes the full yield strength of the bolt, while taking it past yield a minimum amount.螺拴进入塑性阶段一个小角度,最大程序利用螺拴l The bolts can normally be reused several times螺拴可以重复利用几次l With gradient control methods, the tightening process is adapted to the individual joint.夹紧力精度很高,拧紧效果不受弹性系数K影响.当需要用许多螺拴坚固的情况下

23、,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劣势劣势l需要连接分析和实验室工作l过程的检验困难l拧紧/修复螺拴可能是个问题l Equipment becomes expensive设备昂贵Beijing 2008-111-48Tool Control Methods - UltrasonicsUltrasonics tightening techniques are based the propagation of an acoustic wave down the bolt, and normally,

24、reflected back to the bolt head. As the bolt experiences clamp force, it will be elongated and the travel time will increase. Travel time will also increase depending on the stress level in the material.Ultrasonics offers the most exact methods of clamp force measurement and hence control, but is re

25、quires special conditions (acoustic coupling声耦合, bolt length to diameter ratios螺拴长度直径比, specially treated bolt heads and bolt ends螺拴头尾的特殊处理) that often makes it difficult to arrange except under special production conditions or for laboratory use.Beijing 2008-111-49工具的认证工具的认证我怎么知道是否买到了一把好工具我怎么知道是否买到

26、了一把好工具?Beijing 2008-111-50ISO 标准标准iISO 9001并不能提高产品的质量并不能提高产品的质量iQS 9000则能提高产品的质量则能提高产品的质量iISO 5393 是当今动力工具的唯一国际标准是当今动力工具的唯一国际标准i测试测试: 精度，耐用度，和重复性精度，耐用度，和重复性i福特认证：首个动力工具认证系统福特认证：首个动力工具认证系统Beijing 2008-111-51福特 / ISO 5393动力工具认证Beijing 2008-111-521970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

27、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合适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Beijing 2008-111-53测试程序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

28、态注意: 对于一次10-级(1百万次拧紧)的耐受度测试将需要4个月，如果工具以10秒钟为单位连续运行Beijing 2008-111-54福特认证福特认证认证等级认证等级:保证保证 耐受度耐受度能力能力等级等级拧紧周期拧紧周期(次数次数)等级等级小于小于 5%（2.5%2.5%）A1,000,000 10小于小于 10% %（5%） B 500,000 5小于小于 15% %（7.5%） C 250,000 3小于小于 20% %（10%） D 100,0001小于小于 25% %（12.5%） EStandard for how to measure tightening tools (nu

29、trunners)Pulse Tools, Impact Wrenches, or Ratchets标准标准适用于连续适用于连续拧紧工具，拧紧工具，不适用于不适用于脉冲工具、冲击扳手和棘轮扳手。脉冲工具、冲击扳手和棘轮扳手。Beijing 2008-111-55根据根据ISO 5393标准测试连接件标准测试连接件Beijing 2008-111-56耐受力能力测试刹车马达经测试的马达和工具Beijing 2008-111-57Quality /质量 Tool accuracy, will have a direct result on application suitabilityImpact Wrench+/-25 to 40%Pulse Air*+/-15%Clutch tools+/- 7,5 to 10%Tensor DS/DL+/- 7,5 to 10%Tensor S/SL/ST +/-5%ETX/QMX+/-2.5%Beijing 2008-111-58We are committed to your superior productivity throughinteraction and innovation.通过互动与创新，我们承诺通过互动与创新，我们承诺您实现卓越生产力。您实现卓越生产力。