1-1BASICTIGHTENINGTECHNIQUE

基本擰緊技術(shù)ACTighteningTechnique

阿特拉斯·科普柯擰緊技術(shù)1-1BASICTIGHTENINGTECHNIQUE

1-2基本擰緊技術(shù)介紹裝配過程中的基本問題，為正確和使用選擇工具提供指導對客戶來講，成功的關(guān)鍵是所使用的工具／設備能夠匹配其特定需要．

1-2基本擰緊技術(shù)介紹裝配過程中的基本問題，為正確和使用選擇1-3Differentwaysofassembling裝配的不同方法Welding(焊接)Gluing(粘接)Riveting(鉚接)Tighteningwithscrewsandbolts(螺栓擰緊連接)1-3Differentwaysofassemblin1-4Whyuseboltedjoints?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(jié)省成本)Theboltshouldbeweakestlink(設計成最薄弱環(huán)節(jié))It’ssoeasythatachildcandoit1-4Whyuseboltedjoints?為什么使用1-5Thethreadcreatestheclampload

thatholdsthejointtogether螺紋建立夾緊載何使得工件被夾緊)ClampingforceTensionTurningthenutorscrewstretchesthescrew(旋轉(zhuǎn)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)1-5Thethreadcreatestheclam1-6Clampingforcevstensileloadandshearload夾緊力和螺栓張力和剪切力ShearloadShearloadTensileloadTensileloadClampingforce1-6Clampingforcevstensilel1-7Thismustbeavoided!這個必須要避免ShearloadShearloadTensionTension1-7Thismustbeavoided!這個必須要避1-81-81-9Bolttension=20kN1-9Bolttension=20kN1-10Bolttension=?ton1-10Bolttension=?ton1-11Bolttension=?ton=10kN1-11Bolttension=?ton=10kN1-12Isthebolttensionnowapproximately……..

現(xiàn)在螺栓的拉伸力大約是多少?10kN?20kN?Or30kN?1-12Isthebolttensionnowap1-13TheCorrectansweris:正確的答案是:20kN–theboltpretensionwillNOTchange(much)螺栓上承受的拉伸力是不會變化的1-13TheCorrectansweris:正確的1-14TheSpecialFastener特殊模式1-14TheSpecialFastener1-15TheUseoftheSpecialFastener擰緊這個模式1-15TheUseoftheSpecialFas1-16TheJointLoadedbyanAppliedForce連接負載被一應用的力產(chǎn)生1-16TheJointLoadedbyanApp1-17TheJointLoadedbyanAppliedForceZeroclampattheinterface.界面中沒有夾緊1-17TheJointLoadedbyanApp1-18TheJointLoadedbyanAppliedForce1-18TheJointLoadedbyanApp1-19QuestionWhatisthemajordifferencebetweenaboltedjointononehandandawelded,gluedorrivetedjointontheotherhand?螺栓連接和焊接鉚接粘接有什么最大的區(qū)別Andwhatistheconsequenceofthisdifference?這個不同點有什么重要的1-19QuestionWhatisthemajor1-20QuestionWhatisthemajordifferencebetweenaboltedjointononehandandawelded,gluedorrivetedjointontheotherhand?THEBOLTEDJOINTISPRELOADED!螺栓連接有預加負載Andwhatistheconsequenceofthisdiffference?1-20QuestionWhatisthemajor1-21QuestionWhatisthemajordifferencebetweenaboltedjointononehandandawelded,gluedorrivetedjointontheotherhand?THEBOLTEDJOINTISPRELOADED!Andwhatistheconsequenceofthisdiffference?ONLYASMALLPORTIONOFTHEEXTERNALLOADISTRANSFERREDTOTHEBOLT(untilthepreloadisexceeded)!只有很小的一部分外部負載被轉(zhuǎn)移到螺栓上(直到超過預加負載)1-21QuestionWhatisthemajor1-22QuestionWhatisthemajordifferencebetweenaboltedjointononehandandawelded,gluedorrivetedjointontheotherhand?THEBOLTEDJOINTISPRELOADED!Andwhatistheconsequenceofthisdiffference?ONLYASMALLPORTIONOFTHEEXTERNALLOADISTRANSFERREDTOTHEBOLT!INTERESTING–BUTWHATISTHEVALUEOFTHAT?意義-但是這個價值是什么1-22QuestionWhatisthemajor1-23Variationsinexternalloadsareonlytoasmallextenttransferredtothebolt=>Thefatigueresistanceoftheboltbecomesveryhigh外部負載的變化只有很小的一部分會轉(zhuǎn)移到螺栓上=>這樣螺栓就不容易由于負載的交變而產(chǎn)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(xiàn)部件分離如果部件不能有相互的位移1-23Variationsinexternalloa1-24螺栓連接的受力剪切拉伸1-24螺栓連接的受力剪切拉伸1-25一定要確保施加的扭矩達到最小需要扭矩夾緊力一定要高于外部載荷安全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1-25一定要確保施加的扭矩達到最小需要扭矩夾緊力一定要高于1-26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安全余量取決于:擰緊精度材料等級1-26施加的力不要超過使用極限螺栓拉伸量N施加的力過大會使27螺栓連接應用的歷史背景27螺栓連接應用的歷史背景28歷史背景十九世紀工業(yè)革命開始，為得到更大的生產(chǎn)力要求工業(yè)產(chǎn)品必須達到：系統(tǒng)化質(zhì)量可控性可復制性28歷史背景十九世紀工業(yè)革命開始，為得到更大的生產(chǎn)力要求工業(yè)29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連接圖德國人Rotscher在1927年提出了連接圖，30VDI2230，德國工程師協(xié)會2230標準基于從1960年代就開始的研究，德國工程師協(xié)會(VDI，GermanSocietyofEngineers)發(fā)布了VDI2230：高負荷連接的系統(tǒng)計算方法－SystematicCalculationofHighDutyJoints.30VDI2230，德國工程師協(xié)會2230標準基于從131VDI2230－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。31VDI2230－使用范圍VDI2230的應用非常廣泛1-32連接件圖螺拴與連接件的關(guān)系拉伸彈簧＋壓緊彈簧1-32連接件圖螺拴與連接件的關(guān)系拉伸彈簧＋壓緊彈簧1-33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1-33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1-34連接圖解螺栓連接的變形關(guān)系夾緊力變形預緊力螺栓伸長δ1

連接件壓縮δ2

1-34螺栓連接的變形關(guān)系夾緊力變形預緊力螺栓伸長δ11-35JointDiagrams連接圖解軸向工作載荷的影響力δ1δ2變形螺栓受力增加部分夾緊力減少部分σδ1

工作載荷1-35JointDiagrams軸向工作載荷的影響力δ1-36通過螺紋產(chǎn)生夾緊力把連接件夾緊旋轉(zhuǎn)螺母或螺絲使螺絲受力伸長螺絲伸長產(chǎn)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1-36通過螺紋產(chǎn)生夾緊力把連接件夾緊旋轉(zhuǎn)螺母或螺絲使螺絲受1-37Torquemeasurement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1-37Torquemeasurement扭矩測量The1-38TorqueT=FxrrFTa?rFTbTa=FrTb=?FrResult:Ta=2TbF=appliedforce(inNewton)r=leverlength(inmeters)1-38TorqueT=FxrrFTa?rFTbTa=1-39為了擰緊螺栓,必須施加力以便擰緊螺母/螺絲1-39為了擰緊螺栓,必須施加力以便擰緊螺母/螺絲1-40Clampingforcedependsontorqueandotherfactors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(shù)d2 =diameterbolt螺紋中徑Dkm =sizeofsurfacebolt(nut)-head螺栓頭小表面尺寸Dkm=(dw+dh)/2μk =frictionvaluesurfacebolt-head螺栓頭下的摩擦系數(shù)1-40Clampingforcedependson1-4150%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(guān)系1-4150%10%40%Frictionbetwe1-42Changingfriction:

bolt-head螺栓頭下的摩擦力變化Teflonwasher塑料惦片1-42Changingfriction:

bolt-he1-4340%20%40%40%40%Teflonwasher塑料墊片F(xiàn)rictionbetweenthreadboltandthreadnut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(guān)系1-4340%20%40%40%40%Teflonw1-44Lessfriction:40%20%40%1-44Lessfriction:40%20%40%1-45Changingfriction:

bolt-head螺栓頭下的摩擦力變化Lockingwasher防松墊片1-45Changingfriction:

bolt-he1-4660%0%40%60%40%Lockingwasher防松墊片F(xiàn)rictionbetweenthreadboltandthreadnutClampingforceFrictionunderbolt-headRelationbetweenappliedtorqueandclampingforce扭矩和摩擦力的關(guān)系1-4660%0%40%60%40%Lockingwa1-47Morefriction60%0%40%1-47Morefriction60%0%40%1-48Changingfriction:

threadbolt-nut螺紋的摩擦力變化Oilonthethreads加油1-48Changingfriction:

thread1-4950%20%30%50%30%OilonthreadsFrictionbetweenthreadboltandthreadnutClampingforceFrictionunderbolt-headRelationbetweenappliedtorqueandclampingforce1-4950%20%30%50%30%Oilont1-50Lessfriction:50%20%30%1-50Lessfriction:50%20%30%1-51Changingfriction:

threadbolt-nutCorrodedbolt銹1-51Changingfriction:

thread1-5250%0%50%50%50%RustedboltFrictionbetweenthreadboltandthreadnutClampingforceFrictionunderbolt-headRelationbetweenappliedtorqueandclampingforce1-5250%0%50%50%50%Rustedbo1-53Morefriction50%0%50%1-53Morefriction50%0%50%1-54Otherwaysofchangingthefriction?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.)1-54Otherwaysofchangingthe1-55Loctite1-55Loctite1-56Locknut1-56Locknut1-57Paintonthethreads1-57Paintonthethreads1-58Damagedthreads1-58Damagedthreads1-5950-40-10規(guī)則扭矩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%1-5950-40-10規(guī)則扭矩100%90%的1-60夾緊力與摩擦力的關(guān)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(zhì)或螺紋受損螺栓頭下摩擦力

50%螺紋副中摩擦力

45%

5%1-60夾緊力與摩擦力的關(guān)系一般情況下螺栓頭下摩擦力

50%1-61螺栓標識系統(tǒng)生產(chǎn)商標識第一個數(shù)=1/100的最大抗拉強度(N/mm2) 100×8=800N/mm2

第二個數(shù)=屈服強度與最大抗拉強度之間的關(guān)系

0.8=80%兩數(shù)相乘得出屈服應力

800*0.8=640N/mm2

公制螺紋.1-61螺栓標識系統(tǒng)生產(chǎn)商標識公制螺紋.1-62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安全余量取決于:擰緊精度材料等級1-62施加的力不要超過使用極限螺栓拉伸量N施加的力過大會使1-631-6364軟連接和硬連接64軟連接和硬連接65Torque=OK夾緊角:φ65Torque=OK夾緊角:φ66硬連接的定義(ISO5393)30°max.夾緊角66硬連接的定義(ISO5393)30°max.夾緊角67硬連接舉例ClampingforceSteepslopeAngleLowangledisplacement67硬連接舉例ClampingforceSteepslo68720°min.軟連接軟連接的定義(ISO5393)68720°min.軟連接軟連接的定義(ISO539369軟連接舉例ClampingforceSoftslopeAngleHighangledisplacement69軟連接舉例ClampingforceSoftslop1-70連接的特性也決定著所需工具的類型(ISO5393)

．旋轉(zhuǎn)角度目標扭矩A.

硬連接：到達貼合點后，旋轉(zhuǎn)30°以內(nèi)達到目標扭矩的連接。B.軟連接：到達貼合點后，旋轉(zhuǎn)2圈（720°）以上達到目標扭矩的連接。扭矩的過扭程度受連接件硬度以及工具轉(zhuǎn)速影響。軟連接、硬連接30°720°1-70連接的特性也決定著所需工具的類型(ISO5393)71TAngle(φ)SnuglevelTAngle(φ)Snuglevel硬連接<30deg(ISO5393)軟連接>720deg(ISO5393)XNmXNm<30°>720°71TAngle(φ)SnuglevelTAngle72扭矩過沖10Nm9Nm工具雖然設定都是9Nm，但是針對不同性質(zhì)的連接會產(chǎn)生不同的結(jié)果72扭矩過沖10Nm9Nm工具雖然設定都是9Nm，但是針1-73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1-73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1-74如何在一個連接件上測量扭矩動態(tài)扭矩:在擰緊螺栓的同時用在線式扭矩傳感器測量。

靜態(tài)扭矩:安裝后用扭矩扳手測量。1-74如何在一個連接件上測量扭矩動態(tài)扭矩:在擰緊螺栓的同時1-75靜態(tài)扭矩動力工具輸出扭矩

92949192949292X=92,43=1,13扭力扳手靜態(tài)扭矩

103106103100100103100X=102,14=2,27T(Nm)時間20406080100110120(A)工具輸出(動態(tài)扭矩)(B)扭力扳手(靜態(tài)扭矩)原因:靜態(tài)摩擦力1-75靜態(tài)扭矩T(Nm)時間2040608010011076硬連接上－－由于較高的靜態(tài)摩擦力，靜態(tài)扭矩可比動態(tài)扭矩要高。右下圖中倒V的拐點即是扭力扳手測得的硬連接上的靜態(tài)扭矩76硬連接上－－由于較高的靜態(tài)摩擦力，靜態(tài)扭矩可比動態(tài)扭矩要1-77 裝配 手測

(動態(tài)) (靜態(tài)) 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1-77 裝配 手測均值 硬連接78軟連接－－靜態(tài)扭矩較動態(tài)扭矩要偏小，原因是衰減。VDI2230里系統(tǒng)的方法設置螺拴即有計算扭矩衰減這一步驟78軟連接－－靜態(tài)扭矩較動態(tài)扭矩要偏小，原因是衰減。VDI279Ifwelookatwhathappenstothesurfaceincontactwiththethreadsandunderthehead,wewillnoticethatlocallytheloadcanbeextremelyhigh,farexceedingyieldandtheseareaswillcollapse(embedment).Embedmentreducestheclampingforcebecausetheelongationoftheboltisreduced.VeryhighloadVeryhighloadAverageload(80%ofyield)扭矩衰減?copyrightBLMs.a.s-24giugno2004QUIT79Ifwelookatwhathappenst80扭矩衰減的原因呢–連接的嵌入80扭矩衰減的原因呢–連接的嵌入818182CalculationStepR4-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AluminiumJointSteelBolt82CalculationStepR4-Establ1-83彈性衰減會影響夾緊力材料彈性衰減會使夾緊力衰減!Time1-83彈性衰減會影響夾緊力材料彈性衰減會使夾緊力衰減!Ti1-84均值 標準偏差

(Sigma)3Sigma 裝配 手測

(動態(tài)) (靜態(tài)) 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1-84均值 裝配 手測軟連接1-85衰減60-70%的衰減發(fā)生在30毫秒以內(nèi)時間牛米衰減斷氣1-85衰減60-70%的衰減發(fā)生在30毫秒以內(nèi)時間牛米衰1-86扭矩和角度

OK扭矩角度扭矩=OK角度=OK1-86扭矩和角度OK扭矩角度扭矩=OK1-87結(jié)論：ClampforceFrictioninthreadsFrictionundernutorhead螺栓裝配質(zhì)量對產(chǎn)品的最終質(zhì)量有著直接影響為了得到質(zhì)量合格的擰緊連接–擰緊扭矩必須精確連接件質(zhì)量必須得到監(jiān)控1-87結(jié)論：ClampforceFrictionin88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(nèi):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擰緊方法的分類－按工具控制方式基于扭矩或角度:89夾緊力角度扭矩角度螺拴連接模型89夾緊力角度扭矩角度螺拴連接模型90夾緊力扭矩角度角度螺拴連接模型－塑性變形階段90夾緊力扭矩角度角度螺拴連接模型－塑性變形階段91扭矩控制91扭矩控制92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(guān)系公式。扭矩控制方式在出現(xiàn)最大摩擦系數(shù)和最小力率(ForceRate)時提供最小的夾緊力，反之亦然。扭矩控制92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(guān)系公式93優(yōu)勢:容易實現(xiàn)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(chǎn)品和過程設計的標準數(shù)據(jù)-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優(yōu)勢:扭矩控制94TighteningMethods劣勢:夾緊力的精度很差,可能到+/-60%,受摩擦系數(shù)影響大沒有根本辦法防止螺拴斷裂以上兩個原因?qū)е侣菟┠芰寐实停?0%扭矩控制94TighteningMethods劣勢:扭矩控制95彈性區(qū)域角度控制擰緊規(guī)范=門檻力矩+擰緊角度95彈性區(qū)域角度控制擰緊規(guī)范96彈性區(qū)域內(nèi)的角度控制避免了的摩擦系數(shù)大范圍變動對夾緊力的影響。它通過控制轉(zhuǎn)角來擰緊，利用了力率變動較小的優(yōu)勢。零件開始被壓在一起角度扭矩彈性區(qū)域角度控制討論：力率ForceRate是什么？影響它的主要因素有哪些？96彈性區(qū)域內(nèi)的角度控制避免了的摩擦系數(shù)大范圍變動對夾緊力的97優(yōu)勢相對容易實現(xiàn)過程和產(chǎn)品的有效性相對容易檢查

現(xiàn)場維修的成本和精度可以接受

螺拴利用率得到大大提高彈性區(qū)域角度控制97優(yōu)勢彈性區(qū)域角度控制98劣勢標準的擰緊規(guī)范通常不能直接使用了－必須做一些連接分析/實驗室分析工作

無法使用扭力扳手復緊來校驗

工具同時需要扭矩和角度測量能力彈性區(qū)域角度控制98劣勢彈性區(qū)域角度控制99夾緊力扭矩角度角度門檻力矩擰緊角度夾緊力變化塑性區(qū)域角度控制99夾緊力扭矩角度角度門檻力矩擰緊角度夾緊力變化塑性區(qū)域角度100優(yōu)勢摩擦力影響降到最低

最大程度上利用螺拴能力劣勢生產(chǎn)條件下檢驗工具性能很困難設置和校驗產(chǎn)品參數(shù)的費用較高螺拴一般無法重復使用塑性區(qū)域角度控制100優(yōu)勢劣勢塑性區(qū)域角度控制101扭矩dT/dA最大值dT/dA最大值的某個百分比dT/dA角度角度梯度(扭矩變化率)控制、屈服點控制101扭矩dT/dA最大值dT/dA最大值的某個百分比102優(yōu)勢

螺拴進入塑性階段一個小角度,最大程序利用螺拴

螺拴可以重復利用幾次

夾緊力精度很高,擰緊效果不受彈性系數(shù)即力率ForceRateK的影響.當需要用許多螺拴堅固的情況下,如氣缸蓋,在設計上有時需要對不同位置使用不同螺拴,彈性系數(shù)不同.但這只影響屈服點的角度,夾緊力最大值總是在屈服點附近.梯度(扭矩變化率)控制、屈服點控制102優(yōu)勢梯度(扭矩變化率)控制、屈服點控制103劣勢

需要連接分析和實驗室工作過程的檢驗困難擰緊/修復螺拴可能是個問題

設備昂貴梯度(扭矩變化率)控制、屈服點控制103劣勢梯度(扭矩變化率)控制、屈服點控制104超聲波提供了最精確的夾緊力測量方式，把它作為擰緊控制方式效果也最好。但使用這種方式需要滿足許多特殊條件：聲耦合，螺拴長度直徑比，螺拴頭尾的特殊處理等。由于這些條件很難在生產(chǎn)條件下滿足，所以目前只限于實驗室分析使用。其他控制方式－超聲波測量104超聲波提供了最精確的夾緊力測量方式，把它作為擰緊控制方1-105Wearecommittedtoyoursuperiorproductivitythrough

interactionandinnovation.通過互動與創(chuàng)新，我們承諾您實現(xiàn)卓越生產(chǎn)力。1-105Wearecommittedtoyour1-1061-1061-1061-1061-107BASICTIGHTENINGTECHNIQUE

基本擰緊技術(shù)ACTighteningTechnique

阿特拉斯·科普柯擰緊技術(shù)1-1BASICTIGHTENINGTECHNIQUE

1-108基本擰緊技術(shù)介紹裝配過程中的基本問題，為正確和使用選擇工具提供指導對客戶來講，成功的關(guān)鍵是所使用的工具／設備能夠匹配其特定需要．

1-2基本擰緊技術(shù)介紹裝配過程中的基本問題，為正確和使用選擇1-109Differentwaysofassembling裝配的不同方法Welding(焊接)Gluing(粘接)Riveting(鉚接)Tighteningwithscrewsandbolts(螺栓擰緊連接)1-3Differentwaysofassemblin1-110Whyuseboltedjoints?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(jié)省成本)Theboltshouldbeweakestlink(設計成最薄弱環(huán)節(jié))It’ssoeasythatachildcandoit1-4Whyuseboltedjoints?為什么使用1-111Thethreadcreatestheclampload

thatholdsthejointtogether螺紋建立夾緊載何使得工件被夾緊)ClampingforceTensionTurningthenutorscrewstretchesthescrew(旋轉(zhuǎn)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)1-5Thethreadcreatestheclam1-112Clampingforcevstensileloadandshearload夾緊力和螺栓張力和剪切力ShearloadShearloadTensileloadTensileloadClampingforce1-6Clampingforcevstensilel1-113Thismustbeavoided!這個必須要避免ShearloadShearloadTensionTension1-7Thismustbeavoided!這個必須要避1-1141-81-115Bolttension=20kN1-9Bolttension=20kN1-116Bolttension=?ton1-10Bolttension=?ton1-117Bolttension=?ton=10kN1-11Bolttension=?ton=10kN1-118Isthebolttensionnowapproximately……..

現(xiàn)在螺栓的拉伸力大約是多少?10kN?20kN?Or30kN?1-12Isthebolttensionnowap1-119TheCorrectansweris:正確的答案是:20kN–theboltpretensionwillNOTchange(much)螺栓上承受的拉伸力是不會變化的1-13TheCorrectansweris:正確的1-120TheSpecialFastener特殊模式1-14TheSpecialFastener1-121TheUseoftheSpecialFastener擰緊這個模式1-15TheUseoftheSpecialFas1-122TheJointLoadedbyanAppliedForce連接負載被一應用的力產(chǎn)生1-16TheJointLoadedbyanApp1-123TheJointLoadedbyanAppliedForceZeroclampattheinterface.界面中沒有夾緊1-17TheJointLoadedbyanApp1-124TheJointLoadedbyanAppliedForce1-18TheJointLoadedbyanApp1-125QuestionWhatisthemajordifferencebetweenaboltedjointononehandandawelded,gluedorrivetedjointontheotherhand?螺栓連接和焊接鉚接粘接有什么最大的區(qū)別Andwhatistheconsequenceofthisdifference?這個不同點有什么重要的1-19QuestionWhatisthemajor1-126QuestionWhatisthemajordifferencebetweenaboltedjointononehandandawelded,gluedorrivetedjointontheotherhand?THEBOLTEDJOINTISPRELOADED!螺栓連接有預加負載Andwhatistheconsequenceofthisdiffference?1-20QuestionWhatisthemajor1-127QuestionWhatisthemajordifferencebetweenaboltedjointononehandandawelded,gluedorrivetedjointontheotherhand?THEBOLTEDJOINTISPRELOADED!Andwhatistheconsequenceofthisdiffference?ONLYASMALLPORTIONOFTHEEXTERNALLOADISTRANSFERREDTOTHEBOLT(untilthepreloadisexceeded)!只有很小的一部分外部負載被轉(zhuǎn)移到螺栓上(直到超過預加負載)1-21QuestionWhatisthemajor1-128QuestionWhatisthemajordifferencebetweenaboltedjointononehandandawelded,gluedorrivetedjointontheotherhand?THEBOLTEDJOINTISPRELOADED!Andwhatistheconsequenceofthisdiffference?ONLYASMALLPORTIONOFTHEEXTERNALLOADISTRANSFERREDTOTHEBOLT!INTERESTING–BUTWHATISTHEVALUEOFTHAT?意義-但是這個價值是什么1-22QuestionWhatisthemajor1-129Variationsinexternalloadsareonlytoasmallextenttransferredtothebolt=>Thefatigueresistanceoftheboltbecomesveryhigh外部負載的變化只有很小的一部分會轉(zhuǎn)移到螺栓上=>這樣螺栓就不容易由于負載的交變而產(chǎn)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(xiàn)部件分離如果部件不能有相互的位移1-23Variationsinexternalloa1-130螺栓連接的受力剪切拉伸1-24螺栓連接的受力剪切拉伸1-131一定要確保施加的扭矩達到最小需要扭矩夾緊力一定要高于外部載荷安全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1-25一定要確保施加的扭矩達到最小需要扭矩夾緊力一定要高于1-132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安全余量取決于:擰緊精度材料等級1-26施加的力不要超過使用極限螺栓拉伸量N施加的力過大會使133螺栓連接應用的歷史背景27螺栓連接應用的歷史背景134歷史背景十九世紀工業(yè)革命開始，為得到更大的生產(chǎn)力要求工業(yè)產(chǎn)品必須達到：系統(tǒng)化質(zhì)量可控性可復制性28歷史背景十九世紀工業(yè)革命開始，為得到更大的生產(chǎn)力要求工業(yè)135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連接圖德國人Rotscher在1927年提出了連接圖，136VDI2230，德國工程師協(xié)會2230標準基于從1960年代就開始的研究，德國工程師協(xié)會(VDI，GermanSocietyofEngineers)發(fā)布了VDI2230：高負荷連接的系統(tǒng)計算方法－SystematicCalculationofHighDutyJoints.30VDI2230，德國工程師協(xié)會2230標準基于從1137VDI2230－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。31VDI2230－使用范圍VDI2230的應用非常廣泛1-138連接件圖螺拴與連接件的關(guān)系拉伸彈簧＋壓緊彈簧1-32連接件圖螺拴與連接件的關(guān)系拉伸彈簧＋壓緊彈簧1-139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1-33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1-140連接圖解螺栓連接的變形關(guān)系夾緊力變形預緊力螺栓伸長δ1

連接件壓縮δ2

1-34螺栓連接的變形關(guān)系夾緊力變形預緊力螺栓伸長δ11-141JointDiagrams連接圖解軸向工作載荷的影響力δ1δ2變形螺栓受力增加部分夾緊力減少部分σδ1

工作載荷1-35JointDiagrams軸向工作載荷的影響力δ1-142通過螺紋產(chǎn)生夾緊力把連接件夾緊旋轉(zhuǎn)螺母或螺絲使螺絲受力伸長螺絲伸長產(chǎn)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1-36通過螺紋產(chǎn)生夾緊力把連接件夾緊旋轉(zhuǎn)螺母或螺絲使螺絲受1-143Torquemeasurement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1-37Torquemeasurement扭矩測量The1-144TorqueT=FxrrFTa?rFTbTa=FrTb=?FrResult:Ta=2TbF=appliedforce(inNewton)r=leverlength(inmeters)1-38TorqueT=FxrrFTa?rFTbTa=1-145為了擰緊螺栓,必須施加力以便擰緊螺母/螺絲1-39為了擰緊螺栓,必須施加力以便擰緊螺母/螺絲1-146Clampingforcedependsontorqueandotherfactors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(shù)d2 =diameterbolt螺紋中徑Dkm =sizeofsurfacebolt(nut)-head螺栓頭小表面尺寸Dkm=(dw+dh)/2μk =frictionvaluesurfacebolt-head螺栓頭下的摩擦系數(shù)1-40Clampingforcedependson1-14750%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(guān)系1-4150%10%40%Frictionbetwe1-148Changingfriction:

bolt-head螺栓頭下的摩擦力變化Teflonwasher塑料惦片1-42Changingfriction:

bolt-he1-14940%20%40%40%40%Teflonwasher塑料墊片F(xiàn)rictionbetweenthreadboltandthreadnut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(guān)系1-4340%20%40%40%40%Teflonw1-150Lessfriction:40%20%40%1-44Lessfriction:40%20%40%1-151Changingfriction:

bolt-head螺栓頭下的摩擦力變化Lockingwasher防松墊片1-45Changingfriction:

bolt-he1-15260%0%40%60%40%Lockingwasher防松墊片F(xiàn)rictionbetweenthreadboltandthreadnutClampingforceFrictionunderbolt-headRelationbetweenappliedtorqueandclampingforce扭矩和摩擦力的關(guān)系1-4660%0%40%60%40%Lockingwa1-153Morefriction60%0%40%1-47Morefriction60%0%40%1-154Changingfriction:

threadbolt-nut螺紋的摩擦力變化Oilonthethreads加油1-48Changingfriction:

thread1-15550%20%30%50%30%OilonthreadsFrictionbetweenthreadboltandthreadnutClampingforceFrictionunderbolt-headRelationbetweenappliedtorqueandclampingforce1-4950%20%30%50%30%Oilont1-156Lessfriction:50%20%30%1-50Lessfriction:50%20%30%1-157Changingfriction:

threadbolt-nutCorrodedbolt銹1-51Changingfriction:

thread1-15850%0%50%50%50%RustedboltFrictionbetweenthreadboltandthreadnutClampingforceFrictionunderbolt-headRelationbetweenappliedtorqueandclampingforce1-5250%0%50%50%50%Rustedbo1-159Morefriction50%0%50%1-53Morefriction50%0%50%1-160Otherwaysofchangingthefriction?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.)1-54Otherwaysofchangingthe1-161Loctite1-55Loctite1-162Locknut1-56Locknut1-163Paintonthethreads1-57Paintonthethreads1-164Damagedthreads1-58Damagedthreads1-16550-40-10規(guī)則扭矩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%1-5950-40-10規(guī)則扭矩100%90%的1-166夾緊力與摩擦力的關(guān)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(zhì)或螺紋受損螺栓頭下摩擦力

50%螺紋副中摩擦力

45%

5%1-60夾緊力與摩擦力的關(guān)系一般情況下螺栓頭下摩擦力

50%1-167螺栓標識系統(tǒng)生產(chǎn)商標識第一個數(shù)=1/100的最大抗拉強度(N/mm2) 100×8=800N/mm2

第二個數(shù)=屈服強度與最大抗拉強度之間的關(guān)系

0.8=80%兩數(shù)相乘得出屈服應力

800*0.8=640N/mm2

公制螺紋.1-61螺栓標識系統(tǒng)生產(chǎn)商標識公制螺紋.1-168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安全余量取決于:擰緊精度材料等級1-62施加的力不要超過使用極限螺栓拉伸量N施加的力過大會使1-1691-63170軟連接和硬連接64軟連接和硬連接171Torque=OK夾緊角:φ65Torque=OK夾緊角:φ172硬連接的定義(ISO5393)30°max.夾緊角66硬連接的定義(ISO5393)30°max.夾緊角173硬連接舉例ClampingforceSteepslopeAngleLowangledisplacement67硬連接舉例ClampingforceSteepslo174720°min.軟連接軟連接的定義(ISO5393)68720°min.軟連接軟連接的定義(ISO5393175軟連接舉例ClampingforceSoftslopeAngleHighangledisplacement69軟連接舉例ClampingforceSoftslop1-176連接的特性也決定著所需工具的類型(ISO5393)

．旋轉(zhuǎn)角度目標扭矩A.

硬連接：到達貼合點后，旋轉(zhuǎn)30°以內(nèi)達到目標扭矩的連接。B.軟連接：到達貼合點后，旋轉(zhuǎn)2圈（720°）以上達到目標扭矩的連接。扭矩的過扭程度受連接件硬度以及工具轉(zhuǎn)速影響。軟連接、硬連接30°720°1-70連接的特性也決定著所需工具的類型(ISO5393)177TAngle(φ)SnuglevelTAngle(φ)Snuglevel硬連接<30deg(ISO5393)軟連接>720deg(ISO5393)XNmXNm<30°>720°71TAngle(φ)SnuglevelTAngle178扭矩過沖10Nm9Nm工具雖然設定都是9Nm，但是針對不同性質(zhì)的連接會產(chǎn)生不同的結(jié)果72扭矩過沖10Nm9Nm工具雖然設定都是9Nm，但是針1-179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1-73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1-180如何在一個連接件上測量扭矩動態(tài)扭矩:在擰緊螺栓的同時用在線式扭矩傳感器測量。

靜態(tài)扭矩:安裝后用扭矩扳手測量。1-74如何在一個連接件上測量扭矩動態(tài)扭矩:在擰緊螺栓的同時1-181靜態(tài)扭矩動力工具輸出扭矩

92949192949292X=92,43=1,13扭力扳手靜態(tài)扭矩

103106103100100103100X=102,14=2,27T(Nm)時間20406080100110120(A)工具輸出(動態(tài)扭矩)(B)扭力扳手(靜態(tài)扭矩)原因:靜態(tài)摩擦力1-75靜態(tài)扭矩T(Nm)時間20406080100110182硬連接上－－由于較高的靜態(tài)摩擦力，靜態(tài)扭矩可比動態(tài)扭矩要高。右下圖中倒V的拐點即是扭力扳手測得的硬連接上的靜態(tài)扭矩76硬連接上－－由于較高的靜態(tài)摩擦力，靜態(tài)扭矩可比動態(tài)扭矩要1-183 裝配 手測

(動態(tài)) (靜態(tài)) 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1-77 裝配 手測均值 硬連接184軟連接－－靜態(tài)扭矩較動態(tài)扭矩要偏小，原因是衰減。VDI2230里系統(tǒng)的方法設置螺拴即有計算扭矩衰減這一步驟78軟連接－－靜態(tài)扭矩較動態(tài)扭矩要偏小，原因是衰減。VDI2185Ifwelookatwhathappenstothesurfaceincontactwiththethreadsandunderthehead,wewillnoticethatlocallytheloadcanbeextremelyhigh,farexceedingyieldandtheseareaswillcollapse(embedment).Embedmentreducestheclampingforcebecausetheelongationoftheboltisreduced.VeryhighloadVeryhighloadAverageload(80%ofyield)扭矩衰減?copyrightBLMs.a.s-24giugno2004QUIT79Ifwelookatwhathappenst186扭矩衰減的原因呢–連接的嵌入80扭矩衰減的原因呢–連接的嵌入18781188CalculationStepR4-EstablishingPreload