BASICTIGHTENINGTECHNIQUE

根本擰緊技術ACTighteningTechnique

阿特拉斯·科普柯擰緊技術1根本擰緊技術介紹裝配過程中的根本問題，為正確和使用選擇工具提供指導對客戶來講，成功的關鍵是所使用的工具／設備能夠匹配其特定需要．

2精選pptDifferentwaysofassembling裝配的不同方法Welding(焊接)Gluing(粘接)Riveting(鉚接)Tighteningwithscrewsandbolts(螺栓擰緊連接)3精選pptWhyuseboltedjoints?為什么使用螺栓連接Easyandquickassembly(簡單方便)Canbedisassembledandreassembled(可以拆卸和重新裝配)Standardisedwell-definedelement(標準化)Cost-efficient(節省本錢)Theboltshouldbeweakestlink(設計成最薄弱環節)It’ssoeasythatachildcandoit4精選pptThethreadcreatestheclampload

thatholdsthejointtogether螺紋建立夾緊載何使得工件被夾緊)ClampingforceTensionTurningthenutorscrewstretchesthescrew(旋轉螺母或者螺栓拉深螺栓)Stretchingthescrewclampsthepartstogether(拉伸螺栓保證工件夾緊)Theclamploadinthejointisthetargetofalltightening(夾緊載何就是我們的擰緊的目標)5精選pptClampingforcevstensileloadandshearload夾緊力和螺栓張力和剪切力ShearloadShearloadTensileloadTensileloadClampingforce6精選pptThismustbeavoided!這個必須要防止ShearloadShearloadTensionTension7精選ppt8精選pptBolttension=20kN9精選pptBolttension=?ton10精選pptBolttension=?ton=10kN11精選pptIsthebolttensionnowapproximately……..

現在螺栓的拉伸力大約是多少?10kN?20kN?Or30kN?12精選pptTheCorrectansweris:正確的答案是:20kN–theboltpretensionwillNOTchange(much)螺栓上承受的拉伸力是不會變化的13精選pptTheSpecialFastener特殊模式14精選pptTheUseoftheSpecialFastener擰緊這個模式15精選pptTheJointLoadedbyanAppliedForce連接負載被一應用的力產生16精選pptTheJointLoadedbyanAppliedForceZeroclampattheinterface.界面中沒有夾緊17精選pptTheJointLoadedbyanAppliedForce18精選pptQuestionWhatisthemajordifferencebetweenaboltedjointononehandandawelded,gluedorrivetedjointontheotherhand?螺栓連接和焊接鉚接粘接有什么最大的區別Andwhatistheconsequenceofthisdifference?這個不同點有什么重要的19精選pptQuestionWhatisthemajordifferencebetweenaboltedjointononehandandawelded,gluedorrivetedjointontheotherhand?THEBOLTEDJOINTISPRELOADED!螺栓連接有預加負載Andwhatistheconsequenceofthisdiffference?20精選pptQuestionWhatisthemajordifferencebetweenaboltedjointononehandandawelded,gluedorrivetedjointontheotherhand?THEBOLTEDJOINTISPRELOADED!Andwhatistheconsequenceofthisdiffference?ONLYASMALLPORTIONOFTHEEXTERNALLOADISTRANSFERREDTOTHEBOLT(untilthepreloadisexceeded)!只有很小的一局部外部負載被轉移到螺栓上(直到超過預加負載)21精選pptQuestionWhatisthemajordifferencebetweenaboltedjointononehandandawelded,gluedorrivetedjointontheotherhand?THEBOLTEDJOINTISPRELOADED!Andwhatistheconsequenceofthisdiffference?ONLYASMALLPORTIONOFTHEEXTERNALLOADISTRANSFERREDTOTHEBOLT!INTERESTING–BUTWHATISTHEVALUEOFTHAT?意義-但是這個價值是什么22精選pptVariationsinexternalloadsareonlytoasmallextenttransferredtothebolt=>Thefatigueresistanceoftheboltbecomesveryhigh外部負載的變化只有很小的一局部會轉移到螺栓上=>這樣螺栓就不容易由于負載的交變而產生疲勞損壞Itprovidesafrictionalgrip=>Itwillnotcomeapartifthepartscannotmoveinrelationtoeachother提供了一個有摩擦力的夾緊=>這將不會出現部件別離如果部件不能有相互的位移23精選ppt螺栓連接的受力剪切拉伸24精選ppt一定要確保施加的扭矩到達最小需要扭矩夾緊力一定要高于外部載荷平安余量載荷的影響因素:振動摩擦力的變化連接件尺寸變化擰緊精度25精選ppt施加的力不要超過使用極限螺栓拉伸量N夾緊力施加的力過大會使螺栓過度伸長平安余量取決于:擰緊精度材料等級26精選ppt螺栓連接應用的歷史背景27精選ppt歷史背景十九世紀工業革命開始，為得到更大的生產力要求工業產品必須到達：系統化質量可控性可復制性28精選ppt連接圖德國人Rotscher在1927年提出了連接圖，這種方法直到今天仍在使用，幫助我們理解連接的力學特性和進行計算。29精選pptVDI2230，德國工程師協會2230標準基于從1960年代就開始的研究，德國工程師協會(VDI，GermanSocietyofEngineers)發布了VDI2230：高負荷連接的系統計算方法－SystematicCalculationofHighDutyJoints.30精選pptVDI2230－使用范圍VDI2230的應用非常廣泛，包括帶60度法蘭的高強度螺拴，螺絲大小從M4到M39。它給出的是單螺拴連接的分析指導。由多個螺拴組成的連接，負荷首先要被分配，使每個螺拴上的負荷確定下來。31精選ppt連接件圖螺拴與連接件的關系拉伸彈簧＋壓緊彈簧32精選ppt連接件圖力伸長量壓縮量螺栓拉伸連接件壓縮壓力拉力螺拴和連接的變形33精選ppt連接圖解螺栓連接的變形關系夾緊力變形預緊力螺栓伸長δ1

連接件壓縮δ2

34精選pptJointDiagrams連接圖解軸向工作載荷的影響力δ1δ2變形螺栓受力增加局部夾緊力減少局部σδ1

工作載荷35精選ppt通過螺紋產生夾緊力把連接件夾緊旋轉螺母或螺絲使螺絲受力伸長螺絲伸長產生的夾緊力把連接件夾緊我們需要的是連接件中的夾緊力36精選pptTorquemeasurement扭矩測量Theappliedtorqueismeasured應用力矩ClampingforceNeeded需要的夾緊力Clampingforceistheaimatbutitishardtomeasure.Torqueiseasytomeasureandapply.夾緊力是目標但是比較難測量但是扭矩比較容易測量37精選pptTorqueT=FxrrFTa?rFTbTa=FrTb=?FrResult:Ta=2TbF=appliedforce(inNewton)r=leverlength(inmeters)38精選ppt為了擰緊螺栓,必須施加力以便擰緊螺母/螺絲39精選pptClampingforcedependsontorqueandotherfactors夾緊力的因素是扭矩和其余的因素Fm=T/(0.16P+(μg*0.58*d2)+((Dkm/2)*μk))Definitions:Fm =clampingforce夾緊力P =pitchofthread螺距μg =frictionvalueinthread;螺紋摩擦系數d2 =diameterbolt螺紋中徑Dkm =sizeofsurfacebolt(nut)-head螺栓頭小外表尺寸Dkm=(dw+dh)/2μk =frictionvaluesurfacebolt-head螺栓頭下的摩擦系數40精選ppt50%10%40%Frictionbetweenthreadboltandthreadnut螺紋和螺帽的摩擦力Clampingforce夾緊力Frictionunderbolt-head螺栓頭下的摩擦力50%40%Relationbetweenappliedtorqueandclampingforce扭矩和摩擦力的關系41精選pptChangingfriction:

bolt-head螺栓頭下的摩擦力變化Teflonwasher塑料惦片42精選ppt40%20%40%40%40%Teflonwasher塑料墊片Frictionbetweenthreadboltandthreadnut螺紋和螺帽的摩擦力Clampingforce夾緊力Frictionunderbolt-head螺栓頭下的摩擦力Relationbetweenappliedtorqueandclampingforce扭矩和摩擦力的關系43精選pptLessfriction:40%20%40%44精選pptChangingfriction:

bolt-head螺栓頭下的摩擦力變化Lockingwasher防松墊片45精選ppt60%0%40%60%40%Lockingwasher防松墊片FrictionbetweenthreadboltandthreadnutClampingforceFrictionunderbolt-headRelationbetweenappliedtorqueandclampingforce扭矩和摩擦力的關系46精選pptMorefriction60%0%40%47精選pptChangingfriction:

threadbolt-nut螺紋的摩擦力變化Oilonthethreads加油48精選ppt50%20%30%50%30%OilonthreadsFrictionbetweenthreadboltandthreadnutClampingforceFrictionunderbolt-headRelationbetweenappliedtorqueandclampingforce49精選pptLessfriction:50%20%30%50精選pptChangingfriction:

threadbolt-nutCorrodedbolt銹51精選ppt50%0%50%50%50%RustedboltFrictionbetweenthreadboltandthreadnutClampingforceFrictionunderbolt-headRelationbetweenappliedtorqueandclampingforce52精選pptMorefriction50%0%50%53精選pptOtherwaysofchangingthefriction?Liquidloctite液體樂泰螺紋膠Locknut防松螺帽Paintinthethreads螺紋中含有油漆Damagedthreads損壞的螺紋Weldingpearls焊渣Boltfinishing(Cr6,Dacromet?,etc.)54精選pptLoctite55精選pptLocknut56精選pptPaintonthethreads57精選pptDamagedthreads58精選ppt50-40-10規那么扭矩100%90%的扭矩用于克服摩擦力夾緊力10%螺紋副中40%螺栓頭下摩擦力50%59精選ppt夾緊力與摩擦力的關系一般情況下螺栓頭下摩擦力

50%螺紋副中摩擦力

40%

10%在螺栓法蘭面上加潤滑油螺栓頭下摩擦力

45%螺紋副中摩擦力

40%夾緊力

15%螺紋副中有雜質或螺紋受損螺栓頭下摩擦力

50%螺紋副中摩擦力

45%

5%60精選ppt螺栓標識系統生產商標識第一個數=1/100的最大抗拉強度(N/mm2) 100×8=800N/mm2

第二個數=屈服強度與最大抗拉強度之間的關系

0.8=80%兩數相乘得出屈服應力

800*0.8=640N/mm2

公制螺紋.61精選ppt施加的力不要超過使用極限螺栓拉伸量N夾緊力施加的力過大會使螺栓過度伸長平安余量取決于:擰緊精度材料等級62精選ppt63精選ppt軟連接和硬連接64精選pptTorque=OK夾緊角:φ65精選ppt硬連接的定義(ISO5393)30°max.夾緊角66精選ppt硬連接舉例ClampingforceSteepslopeAngleLowangledisplacement67精選ppt720°min.軟連接軟連接的定義(ISO5393)68精選ppt軟連接舉例ClampingforceSoftslopeAngleHighangledisplacement69精選ppt連接的特性也決定著所需工具的類型(ISO5393)

．旋轉角度目標扭矩A.硬連接：到達貼合點后，旋轉30°以內到達目標扭矩的連接。B.軟連接：到達貼合點后，旋轉2圈〔720°〕以上到達目標扭矩的連接。扭矩的過扭程度受連接件硬度以及工具轉速影響。軟連接、硬連接30°720°70精選pptTAngle(φ)SnuglevelTAngle(φ)Snuglevel硬連接<30deg(ISO5393)軟連接>720deg(ISO5393)XNmXNm<30°>720°71精選ppt扭矩過沖10Nm9Nm工具雖然設定都是9Nm，但是針對不同性質的連接會產生不同的結果72精選ppt軟、硬連接目標均值偏差扭矩角度過扭貼合點硬連接軟連接73精選ppt如何在一個連接件上測量扭矩動態扭矩:在擰緊螺栓的同時用在線式扭矩傳感器測量。

靜態扭矩:安裝后用扭矩扳手測量。74精選ppt靜態扭矩動力工具輸出扭矩

92949192949292X=92,43=1,13扭力扳手靜態扭矩

103106103100100103100X=102,14=2,27T(Nm)時間20406080100110120(A)工具輸出(動態扭矩)(B)扭力扳手(靜態扭矩)原因:靜態摩擦力75精選ppt硬連接上－－由于較高的靜態摩擦力，靜態扭矩可比動態扭矩要高。右以下圖中倒V的拐點即是扭力扳手測得的硬連接上的靜態扭矩76精選ppt 裝配 手測

(動態) (靜態) 102.6 112 102.6 110 101.4 111 101.2 110 102.4 113 100.9 109 102.1 110 102.4 111 101.0 113 101.8 112

101.84 111.1 0.67 1.4 2.01 4.1均值 標準偏差

(Sigma) 3Sigma硬連接77精選ppt軟連接－－靜態扭矩較動態扭矩要偏小，原因是衰減。VDI2230里系統的方法設置螺拴即有計算扭矩衰減這一步驟78精選pptIfwelookatwhathappenstothesurfaceincontactwiththethreadsandunderthehead,wewillnoticethatlocallytheloadcanbeextremelyhigh,farexceedingyieldandtheseareaswillcollapse(embedment).Embedmentreducestheclampingforcebecausetheelongationoftheboltisreduced.VeryhighloadVeryhighloadAverageload(80%ofyield)扭矩衰減?copyrightBLMs.a.s-24giugno2004QUIT79精選ppt扭矩衰減的原因呢–連接的嵌入80精選ppt81精選pptCalculationStepR4-EstablishingPreloadLosses計算步驟R4－確定預加負荷損失losses.由于局部嵌入和不同的熱膨脹特性，螺拴預加負荷可能會損失AluminiumJointSteelBolt82精選ppt彈性衰減會影響夾緊力材料彈性衰減會使夾緊力衰減!Time83精選ppt均值 標準偏差

(Sigma)3Sigma 裝配 手測

(動態) (靜態) 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 8.3軟連接84精選ppt衰減60-70%的衰減發生在30毫秒以內時間牛米衰減斷氣85精選ppt扭矩和角度

OK扭矩角度扭矩=OK角度=OK86精選ppt結論：ClampforceFrictioninthreadsFrictionundernutorhead螺栓裝配質量對產品的最終質量有著直接影響為了得到質量合格的擰緊連接–擰緊扭矩必須精確連接件質量必須得到監控87精選ppt擰緊方法的分類－按工具控制方式基于扭矩或角度:彈性范圍內:扭矩控制角度控制連接控制超出彈性范圍角度控制梯度(扭矩變化率)控制，即屈服點控制其他方式超聲波機械測試伸長量88精選ppt夾緊力角度扭矩角度螺拴連接模型89精選ppt夾緊力扭矩角度角度螺拴連接模型－塑性變形階段90精選ppt扭矩控制91精選ppt扭矩控制方式利用的是人們熟知的扭矩與張緊力之間的關系公式。扭矩控制方式在出現最大摩擦系數和最小力率(ForceRate)時提供最小的夾緊力，反之亦然。扭矩控制92精選ppt優勢:容易實現不同精度等級的控制+/-25%的脈沖型工具到+/-1%的擰緊軸巨量的產品和過程設計的標準數據-歷史悠久過程和設備的有效性校驗過程非常容易工程師非常熟悉，廣為人知扭矩控制93精選pptTighteningMethods劣勢:夾緊力的精度很差,可能到+/-60%,受摩擦系數影響大沒有根本方法防止螺拴斷裂以上兩個原因