1、汽車螺紋擰緊知識(shí) 緊固通則及擰緊試驗(yàn) 2002.3.10匯 報(bào) 內(nèi) 容1、螺紋緊固基本概念2、螺紋緊固的實(shí)質(zhì)3、螺紋擰緊方法4、螺紋緊固控制及監(jiān)測(cè)方法5、汽車螺紋緊固控制工具6、螺紋緊固試驗(yàn)方法一、螺紋緊固基本概念 螺紋緊固定義： 擰緊螺栓或螺母，使螺栓承受拉力、 被連接件承受壓力 螺紋連接定義： 用螺栓-螺母 或螺釘擰入內(nèi)螺紋，使 兩個(gè)及其以上的被連接件達(dá)到緊固彈性 塑性緊固 彈性緊固定義： 緊固時(shí)外螺紋的變形在彈性區(qū)域內(nèi)塑性緊固定義： 緊固時(shí)外螺紋的變形在塑性區(qū)域內(nèi)彈性 塑性緊固圖例緊 固 軸 力軸力F ：作用在外螺紋件軸向拉力 （被連接件夾緊力）屈服緊固軸力Ffy： 擰緊時(shí)螺栓達(dá)到屈服的

2、軸力極限緊固軸力Ffu： 擰緊時(shí)螺栓發(fā)生籪裂的軸力緊固軸力圖例二、螺紋緊固實(shí)質(zhì)軸力F 軸力F 螺紋副摩擦力FS支承面摩擦力FW 螺紋副摩擦力FS： 外螺紋側(cè)面與內(nèi)螺紋側(cè)面間摩擦力支承面摩擦力FW ： 螺母或螺栓與被連接件表面間摩擦力螺紋緊固受力分析緊固受力比例123FFW 10% 50% 40% FS 初始預(yù)緊力預(yù)緊力：緊固時(shí)作用在外螺紋件上的拉力 或作用在被連接件上的壓力初始預(yù)緊力：剛完成緊固時(shí)的預(yù)緊力螺紋緊固實(shí)質(zhì)保證達(dá)到初始預(yù)緊力三、螺紋擰緊方法 選擇螺紋連接的擰緊方法，應(yīng)在充分理解各種擰緊方法特性的基礎(chǔ)上，按初始預(yù)緊力離散度（用緊固系數(shù)Q表示）、預(yù)緊力大小、使用條件等進(jìn)行。 擰緊方法有：

3、扭矩法、轉(zhuǎn)角法、扭矩斜率法（見(jiàn)下表）方法指標(biāo)區(qū)域緊固系數(shù)（參考）扭矩法力 矩 值彈 性 區(qū)1.4-3彈 性 區(qū)1.5-3彈 性 區(qū)1.2對(duì)應(yīng)于回轉(zhuǎn)角緊固扭矩斜率彈性極限1.2轉(zhuǎn)角法回轉(zhuǎn)角度扭矩斜率法扭 矩 法扭矩法特點(diǎn)：利用扭矩值與預(yù)緊力的線性關(guān)系，只對(duì)緊固扭矩（Tf）進(jìn)行控制，操作簡(jiǎn)便。使用范圍：彈性區(qū)域檢測(cè)工具：扭力檢測(cè)器（指針/表盤扭力扳手、 扭力傳 感器等） 由于緊固扭矩的90%左右被螺紋和支承面扭矩所消耗，初始預(yù)緊力的離散度隨著擰緊時(shí)摩擦損耗等因素的控制程度而變化，所以離散度較大緊固扭矩和預(yù)緊力的關(guān)系 關(guān)系式（彈性區(qū)內(nèi)）： Tf = Ts + Tw = K Ff d 影響預(yù)緊力的因素

4、預(yù)緊力：Ff = T / K d表面狀態(tài)（S 、w）將直接導(dǎo)致扭矩系數(shù)K變化在采用同一扭矩緊固時(shí)：1、表面摩擦系數(shù)上升，K值變大，則預(yù)緊力Ff不足2、表面摩擦系數(shù)下降，K值變小，則預(yù)緊力Ff增大，可 導(dǎo)致螺紋連接破壞失效附：摩擦系數(shù)與扭矩系數(shù)對(duì)照表 w0.10.120.150.20.25S0.10.140.1530.1730.2060.2390.120.1510.1640.1840.2160.2490.150.1670.180.1990.2320.2650.20.1930.2060.2260.2580.291 w0.10.120.150.20.25S0. 10.1340.1470.1660.1

5、980.230.120.1450.1570.1770.2090.2410.150.1610.1740.1930.2250.2570. 20.1880.2010.220.2520.284K粗牙螺紋、六角螺栓、螺母K細(xì)牙螺紋、六角螺栓、螺母緊固扭矩目標(biāo)值確定 Tf= Ts + Tw = K Ff d1、確定零部件裝配夾緊力，得出預(yù)緊力Ff2、確認(rèn)屈服緊固軸力Ffy（1+0.01m）Ff3、通過(guò)試驗(yàn)，測(cè)出其表面及螺紋副狀況下的 K值， 即綜合考慮各種因素影響，制定合理的工藝參數(shù)4、根據(jù)公式計(jì)算目標(biāo)扭矩屈服扭矩目標(biāo)值確定 1、按螺紋應(yīng)力截面積（As）及其等效直徑（dA） 計(jì)算出屈服緊固軸力Ffy 2、

6、根據(jù)公式計(jì)算屈服緊固扭矩附：摩擦系數(shù)、屈服緊固軸力、屈服緊固扭矩對(duì)照表0.20.250.30.20.250.36.86.665.410.51213.58.88.87.97.214.5 16.6 18.68.816.2 14.6 13.2 35.2 40.2 45.210.923.8 21.4 19.4 50.1 57.3 64.4性能等級(jí)規(guī)格M6M8Ffy （KN）Ffy （KN）螺紋摩擦系數(shù)S支承面摩擦系數(shù)w轉(zhuǎn) 角 法轉(zhuǎn)角法特點(diǎn)：將螺栓與螺母的相對(duì)回轉(zhuǎn)角度，即緊固 轉(zhuǎn)角f 作為指標(biāo)進(jìn)行初始預(yù)緊力的控制方法。適用范圍：彈性區(qū)域或塑性區(qū)域檢測(cè)工具：分度器、電器測(cè)定等 轉(zhuǎn)角對(duì)離散度影響較小，具有可

7、較大限度地利用螺栓強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)（即可獲得較高的預(yù)緊力）同時(shí)，對(duì)螺栓自身的屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度要求較高緊固轉(zhuǎn)角與預(yù)緊力的關(guān)系關(guān)系式（彈性區(qū)內(nèi)）：確定轉(zhuǎn)角的因素關(guān)系式：當(dāng)預(yù)緊力確定時(shí)，轉(zhuǎn)角只與轉(zhuǎn)角系數(shù) Km 有關(guān) （轉(zhuǎn)角系數(shù) Km：即f Ff 曲線圖彈性區(qū)斜率值） Km =1/Kb + 1/Kc Kb ：螺栓拉長(zhǎng)彈性模量 Kc ：被連接件壓縮彈性模量 彈性模量Kb、 Kc 上升，則設(shè)定轉(zhuǎn)角f 下降扭矩斜率法扭矩斜率法特點(diǎn)：以f Ff 曲線圖中的扭矩斜率值 的變化作為指標(biāo)進(jìn)行初始預(yù)緊力的控制方法。適用范圍：塑性區(qū)域緊固工具：由于緊固時(shí)，需同時(shí)測(cè)定緊固扭矩及緊固轉(zhuǎn)角值，還需對(duì)斜率進(jìn)行計(jì)算和比較，一般用：帶

8、電器計(jì)算器或微型電腦等計(jì)算裝置的工具（如螺母擰緊機(jī)） 該方法具有可最大限度地利用螺栓強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，對(duì)螺栓自身的屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度有嚴(yán)格的要求緊固轉(zhuǎn)角相對(duì)應(yīng)的預(yù)緊力及緊固扭矩四、螺紋緊固控制及檢測(cè)方法 1、預(yù)緊力過(guò)程控制方法： A、扭矩直接控制法 B、扭矩控制 轉(zhuǎn)角監(jiān)控法 C、屈服點(diǎn)控制法 D、螺栓長(zhǎng)度法 2、擰緊檢測(cè)方法： A、事后法 B、過(guò)程法扭矩直接控制法 扭矩控制法是一種較常見(jiàn)的控制方法扭矩時(shí)間0T minT max 扭矩控制法受扭矩系數(shù)影響較大，90%以上用于克服摩擦力，精度很低，一般使用在非關(guān)鍵部位。扭矩控制 轉(zhuǎn)角監(jiān)控法扭矩MaxMin起始扭矩角度MaxMin設(shè)定角度1、先使用扭

9、矩法將確定轉(zhuǎn)角控制的起始點(diǎn)：20% N2、從起始點(diǎn)計(jì)算轉(zhuǎn)角，同時(shí)記錄扭矩扭矩控制 轉(zhuǎn)角監(jiān)控法 該方法裝配精度高，可控制在5%以內(nèi)，一般用于較高的裝配部位，抗松動(dòng)、抗疲勞性能較佳，為擰緊裝配工藝的發(fā)展方向屈服點(diǎn)控制法扭矩角度1、擰緊系統(tǒng)先將螺栓擰至一起始力矩（50%），然后系統(tǒng)不斷計(jì) 算 扭矩/轉(zhuǎn)角 斜率，當(dāng)螺栓材料達(dá)到屈服點(diǎn)（扭矩不再增加， 而角度增加很快）斜率急劇下降，則系統(tǒng)發(fā)出控制信號(hào)起始扭矩2、得到信息后，系統(tǒng)略微停頓，再轉(zhuǎn)10左右螺栓長(zhǎng)度法 1、螺栓長(zhǎng)度法主要是在裝配過(guò)程中測(cè)量螺栓的伸長(zhǎng) 量，來(lái)控制螺栓的裝配，從而達(dá)到直接控制螺栓 軸向預(yù)緊力 2、測(cè)量方法：紅外測(cè)長(zhǎng)儀、超聲波測(cè)長(zhǎng)儀等高

10、精度 的動(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)x（將螺栓變形量轉(zhuǎn)換成螺栓軸向力） 3、事例：泰山核電站部分重要螺栓采用螺栓長(zhǎng)度法 控制螺栓裝配擰緊檢測(cè)方法事后法：裝配過(guò)程完成后，再進(jìn)行檢測(cè)，一般用精度 3%的機(jī)械式扭力扳手或電子式扭力扳手 檢測(cè)方法有三種： 1、松開(kāi)法 螺紋副松開(kāi)時(shí)瞬時(shí)值 該方法誤差大，松開(kāi)扭矩小于實(shí)際扭矩（10-20%） 2、標(biāo)記法 作標(biāo)記，先松、再緊至記號(hào)處時(shí)值 該方法有可能改變摩擦系數(shù)及損壞防松緊固件 3、緊固法 螺紋副緊固瞬時(shí)值 該方法對(duì)測(cè)試人員技術(shù)水平及熟練程度要求較高 上述方法對(duì)特殊要求的防松、密封膠螺栓及采用轉(zhuǎn)角和屈服點(diǎn)控制裝配的螺栓不適用擰緊檢測(cè)方法 過(guò)程法：裝配過(guò)程中進(jìn)行檢測(cè) 檢測(cè)方法有四

11、種： 1、傳感器直接測(cè)量法 2、固定傳感器法 3、傳感器替換法 4、傳感器延伸法 上述方法主要采用機(jī)電一體化化螺母擰緊機(jī)，在裝配過(guò)程中直接控制，只需對(duì)擰緊機(jī)進(jìn)行定期標(biāo)定扭矩的變化 螺紋擰緊后，30s內(nèi)發(fā)生扭矩變化30s 1、硬連接 扭矩增加 2、軟連接 扭矩衰減采用過(guò)程法檢測(cè)，可有效的控制初始預(yù)緊力五、汽車螺紋緊固控制工具擰緊工具標(biāo)定控扭精度實(shí)際控扭精度價(jià)格（萬(wàn)元）電動(dòng)組合擰緊機(jī)2-3%3-5%8-10（單軸）氣動(dòng)組合擰緊機(jī)6-8%10-15%5-6（4頭）液壓脈沖定扭扳手8-10%10-15%0.3-2離合斷氣定扭扳手8-10%10-15%0.3-2沖電式定扭扳手7%10%0.2-0.5人力

12、定扭扳手3%5-10%0.05-1普通沖擊式扳手不定扭/0.05-0.2擰緊工具性價(jià)比六、試驗(yàn)方法 前言螺紋受力狀態(tài)特殊性1、螺栓的擰緊過(guò)程受到端面摩擦及螺紋副摩擦 狀態(tài)的影響2、測(cè)試扭矩與緊固扭矩（初始預(yù)緊力）之間的 扭矩變化,及檢測(cè)工具精度3、螺栓擰緊失效部位及失效方式受到螺栓結(jié)構(gòu) 及加工條件的影響4、螺紋根部的缺口效應(yīng)造成應(yīng)力與應(yīng)變的集中試驗(yàn)測(cè)定項(xiàng)目 試驗(yàn)測(cè)定項(xiàng)目：螺紋連接副的緊固特性值初始預(yù)緊力Ft緊固扭矩Tt螺紋扭矩Ts 支承面扭矩Tw 緊固轉(zhuǎn)角f扭矩系數(shù) K螺紋摩擦系數(shù) s支承面摩擦系數(shù) w屈服緊固軸力 Ffy屈服緊固扭矩 Tfy極限緊固軸力 Ffu緊 固 特 性 值 測(cè) 定 項(xiàng) 目緊固特性值測(cè) 定 項(xiàng) 目試件裝夾裝置 試驗(yàn)裝置可自動(dòng)或手動(dòng)操作,對(duì)螺母施加緊固扭矩,扳擰速度以4r/min為宜. 試件只能使用一次 試驗(yàn)中,扳擰螺母時(shí),螺栓及彈簧墊圈不得轉(zhuǎn)動(dòng).緊固特性值計(jì)算1、扭矩系數(shù)極限緊固軸力80%50%.50-80% 屈服緊固 軸 力內(nèi)取點(diǎn).測(cè)定緊固軸力及緊固