1、1-1,基本擰緊技術(shù),Foton Cummins & Atlas Copco福田康明斯 阿特拉斯科普柯擰緊技術(shù),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(dǎo),To use equipment that matches specific needs of the customer is the key to success 對(duì)客戶來講，成功的關(guān)鍵是所使用的工具設(shè)備能夠匹配其特定需要,1-3,為什么使用螺栓連接,裝配簡單 拆卸方便 效率高 成本低,1-4,質(zhì)量等級(jí),安全等級(jí),客戶定義等級(jí),裝配工作按精度等級(jí)分為三類,1-5,螺栓連接的受力,剪切,拉伸,1-6,為了擰

2、緊螺栓, 必須施加力以便擰緊螺母/螺絲,1-7,測(cè)量擰緊效果,我們能夠測(cè)量的是扭矩T,我們想要得到的是夾緊力F,T,F,F,F,F,1-8,Joint Diagrams,螺拴與連接件的關(guān)系,拉伸彈簧壓緊彈簧,螺栓連接,1-9,螺拴和連接的變形,1-10,Joint Diagrams,螺栓連接的變形關(guān)系,力,變形,預(yù)緊力,螺栓伸長1,連接件,壓縮2,1-11,Joint Diagrams,軸向工作載荷的影響,力,1,2,變形,螺栓受力增加部分,夾緊力 減少部分,1,工作載荷,1-12,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

3、件中的夾緊力,1-13,力 (F), 力臂 (L) = 扭矩(M) 螺絲旋轉(zhuǎn)的越多，得到的扭矩越大,但是, 90% 的扭矩被摩擦力消耗 只有10%的扭矩轉(zhuǎn)化為夾緊力,夾緊力, 10%,螺紋副中的摩擦了, 40%,螺栓頭下表面的摩擦力, 50%,施加的扭矩并不象夾緊力那么簡單,1-14,50-40-10 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%,1-15,螺拴的螺紋不規(guī)則，導(dǎo)致摩擦力很高。 本不應(yīng)涂油的螺拴，被無意蘸了油 工件表面處理改變，摩擦系數(shù)升高,夾緊力, 10%,螺紋副中的摩擦了, 40%,螺栓頭下表面的摩擦力, 50%

4、,假設(shè)如下情況，同樣扭矩提供的夾緊力是增加是下降？,1-16,再假如完全沒有摩擦力會(huì)怎樣？會(huì)不會(huì)有扭矩產(chǎn)生？ 扭矩能保持嗎？,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%,1-17,夾緊力與摩擦力的關(guān)系,通常的情況,螺栓頭下摩擦力50%,螺紋副中摩擦力40%,10%,在螺栓頭下加潤滑油,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%,1-18,一定要確保施加的扭矩達(dá)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(dòng) 摩擦力的變化

5、連接件尺寸變化 擰緊精度,1-19,施加的扭矩不要超過使用極限,Angle of rotation 旋轉(zhuǎn)的角度,Torque 扭矩,施加的扭矩過大會(huì)使螺栓過度伸長,安全余量取決于: 擰緊精度 材料等級(jí),1-20,螺栓標(biāo)識(shí)系統(tǒng),生產(chǎn)商 第一個(gè)數(shù) = 1/100 的最小抗拉強(qiáng)度 (N/mm2) 1008 = 800 N/mm2 第二個(gè)數(shù) =屈服強(qiáng)度與最小抗拉強(qiáng)度之間的關(guān)系 0.8 = 80% 兩數(shù)相乘得出屈服應(yīng)力 800* 0.8 = 640 N/mm2,公制螺紋,1-21,彈性松弛會(huì)影響夾緊力,材料彈性松弛會(huì)使夾緊力衰減!,Time,1-22,Joint characteristics can

6、also define the tool type required (ISO 5393) 連接的特性也決定著所需工具的類型,旋轉(zhuǎn)角度,目標(biāo)扭矩,A. 硬連接：到達(dá)貼合點(diǎn)后，旋轉(zhuǎn)30以內(nèi)達(dá)到目標(biāo)扭矩 B. 軟連接：到達(dá)貼合點(diǎn)后，旋轉(zhuǎn)2 圈以上達(dá)到目標(biāo)扭矩 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,1-23,軟、硬連接,目標(biāo),均值偏差,扭矩,角度,過扭,貼合點(diǎn),硬連接,軟連接,1-24,如何在一個(gè)連接件上測(cè)量扭矩,動(dòng)態(tài)扭矩:在擰緊螺栓的同時(shí)用在線式扭矩傳感器測(cè)量 靜態(tài)扭矩:安裝后用扭矩扳手測(cè)量,1-25,靜態(tài)扭矩,動(dòng)力工具 輸出扭矩 92 94 91 92 94 92 92

7、X=92,43 =1,13,扭力扳手 靜態(tài)扭矩 103 106 103 100 100 103 100 X=102,14 =2,27,T (Nm),時(shí)間,20,40,60,80,100,110,120,(A)工具輸出 (動(dòng)態(tài)扭矩),(B) 扭力扳手 (靜態(tài)扭矩),原因:靜態(tài)摩擦力,1-26,裝配手測(cè) (動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)偏差 (

8、Sigma) 3 Sigma,硬連接,1-27,均值 標(biāo)準(zhǔn)偏差 (Sigma) 3 Sigma,裝配手測(cè) (動(dòng)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,1-28,衰減,60-70%的衰減發(fā)生在30毫秒以內(nèi),時(shí)間,牛米,衰減,斷氣,1-29,Aluminium Joint,Steel Bolt,1-30,Torque Control /Angle Monitor 扭矩控制角度監(jiān)控

9、 Angle Control / Torque Monitor 角度控制扭矩監(jiān)控 Torque and Angle Control 扭矩和角度控制 Fastener Yield Control 屈服點(diǎn)控制 ,其它高級(jí)擰緊控制方法,1-31,Joint Modeling,The clamp force will, after the run down section, grow as a linear function of angle. 夾緊力在貼合后隨著角度線性增長,This can be described as可描述為: Clamp Force F= k * A, where k is

10、the force rate(力率、力比) defined as dF/dA A is the angle of turn of the bolt. The force rate will, for a given design vary, mainly as a function of geometric tolerances公差.,1-32,Clamp Force,Angle,Torque,Joint Modeling,Angle,1-33,The Torque - Tension Relationship,The clamp force F will translate to torqu

11、e through friction , pitch P and thread angle by the formula:,1-34,Joint Model - Plastic Range,Clamp Force,Torque,Angle,Angle,1-35,Joint Model - Plastic Range,The 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 an

12、gle and the friction coefficient. The force rate will decline in the plastic range with a marked bend for 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

13、 hundred degrees.,Clamp Force,Angle,Failure,1-36,Torque Control扭矩控制,1-37,Torque Control,Torque 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.,1-38,Torque Control扭矩控制,Advantages優(yōu)勢(shì): 容易實(shí)現(xiàn)

14、不同精度等級(jí)的控制+/-25%的沖擊型工具到+/-1%的握緊軸 巨量的產(chǎn)品和過程設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)-歷史悠久 過程的設(shè)備的有效性審訂容易 廣為人知,1-39,Torque Control扭矩控制,劣勢(shì): 夾緊力的精度很差,可能差到+/- 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(gè)原因?qū)е侣菟┠芰寐实?60%,1-40,彈性區(qū)域角度控制,Tightening Specification = Threshold Torque + Tightening Angle,1-41,彈性區(qū)域角度控制,Angle control in the elastic range avoids th

15、e 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.),Joint being pulled t

16、ogether,Angle,Torque,1-42,優(yōu)勢(shì) 相對(duì)容易實(shí)現(xiàn) 過程和產(chǎn)品相對(duì)容易檢查有效性 現(xiàn)場(chǎng)維修的成本和精度可以接受 螺拴利用率得到提高,彈性區(qū)域角度控制,1-43,彈性區(qū)域角度控制,劣勢(shì) 標(biāo)準(zhǔn)的擰緊規(guī)范不能直接使用了-必須做一些連接分析/實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn) 無法使用扭力扳手校驗(yàn) 工具同時(shí)需要扭矩和角度測(cè)量能力,1-44,塑性區(qū)域角度控制,Clamp Force,Torque,Angle,Angle,Treshold torque,Tightening angle,Clamp force variation,1-45,優(yōu)勢(shì) 摩擦力影響降到最低 最大程度上利用螺拴能力,塑性區(qū)域角度控制,劣

17、勢(shì) 設(shè)置和校驗(yàn)產(chǎn)品參數(shù)的費(fèi)用高昂 螺拴無法重復(fù)使用,1-46,Torque,dT/dA maximum,X% of dT/dA maximum,dT/dA,Angle,Angle,梯度(扭矩變化率)控制、屈服點(diǎn)控制,1-47,梯度(扭矩變化率)控制、屈服點(diǎn)控制,Advantages優(yōu)勢(shì) The method utilizes the full yield strength of the bolt, while taking it past yield a minimum amount.螺拴進(jìn)入塑性階段一個(gè)小角度,最大程序利用螺拴 The bolts can normally be reused

18、 several times螺拴可以重復(fù)利用幾次 With gradient control methods, the tightening process is adapted to the individual joint.夾緊力精度很高,擰緊效果不受彈性系數(shù)K影響.當(dāng)需要用許多螺拴堅(jiān)固的情況下,如氣缸蓋,在設(shè)計(jì)上有時(shí)需要對(duì)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(diǎn)的角度,夾緊力總是在屈服點(diǎn)附近. Drawbacks劣勢(shì) 需要連接分析和實(shí)驗(yàn)室工作 過程的檢驗(yàn)困難 擰緊/修復(fù)螺拴可能是個(gè)問題 Equipment becomes expensive設(shè)備昂貴,1-48,Tool Con

19、trol Methods - Ultrasonics,Ultrasonics tightening techniques are based the propagation of an acoustic wave down the bolt, and normally, 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 dependi

20、ng on the stress level in the material.,Ultrasonics offers the most exact methods of clamp force measurement and hence control, but is requires special conditions (acoustic coupling聲耦合, bolt length to diameter ratios螺拴長度直徑比, specially treated bolt heads and bolt ends螺拴頭尾的特殊處理) that often makes it di

21、fficult to arrange except under special production conditions or for laboratory use.,1-49,工具的認(rèn)證,我怎么知道是否買到了一把好工具?,1-50,ISO 標(biāo)準(zhǔn),ISO 9001并不能提高產(chǎn)品的質(zhì)量 QS 9000則能提高產(chǎn)品的質(zhì)量 ISO 5393 是當(dāng)今動(dòng)力工具的唯一國際標(biāo)準(zhǔn) 測(cè)試: 精度，耐用度，和重復(fù)性 福特認(rèn)證：首個(gè)動(dòng)力工具認(rèn)證系統(tǒng),1-51,福特 / ISO 5393動(dòng)力工具認(rèn)證,1-52,1970年福特開始對(duì)動(dòng)力工具進(jìn)行能力測(cè)試，目的是： 明確生產(chǎn)中對(duì)所需扭矩的控制能力 明確對(duì)工具測(cè)試的統(tǒng)一標(biāo)

22、準(zhǔn) 明確對(duì)工具綜合性能的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn) 進(jìn)行測(cè)試并對(duì)工具分級(jí) 根據(jù)測(cè)試結(jié)果來對(duì)特定工位選擇合適的工具 動(dòng)力工具的測(cè)試是由福特開始的，之后轉(zhuǎn)由LTU(勞倫斯理工大學(xué)) 在福特監(jiān)理下進(jìn)行認(rèn)證,背景,1-53,測(cè)試程序,對(duì)于每把不同的工具(即使是不同的齒輪結(jié)構(gòu))，都需按照如下的程序進(jìn)行測(cè)試: 抽出4把工具進(jìn)行能力測(cè)試(每把工具進(jìn)行25次硬連接和25軟連接擰緊) 將其中的2把工具的數(shù)據(jù)按照福特標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行精度測(cè)試 對(duì)剩下的2把工具進(jìn)行耐受度測(cè)試 對(duì)抽出的2把工具按照福特/LTU標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行能力測(cè)試 對(duì)2把工具中的一把按照福特/LTU標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行耐受度測(cè)試 經(jīng)過耐受度測(cè)試之后再進(jìn)行能力測(cè)試以確保工具仍處于良好狀態(tài)注意: 對(duì)于一次1