1、为什么使用螺栓? 2、拧紧基本术语与原理 3、动态扭矩及静态扭矩 4、扭力衰减 1、为什么使用螺栓? ·装配简单 ·拆卸方便 ·效率高 ·成本低 2、拧紧基本术语与原理 2.1拧紧及其原理 拧紧原理 螺栓插入被连接件,利用螺母或内螺纹拧紧使螺栓拉伸变形,这种弹性变形产生了轴向的拉力,将被夹零件挤压在了一起,称为预紧力。 理论上,只要产生了足够的夹紧力,完全可以保证被夹零件在震动、高低温等恶劣环境下安全工作,而不必使用涂胶等辅助方法。 2、拧紧基本术语与原理 2.2如何拧紧螺栓-扭矩 为了拧紧螺栓, 必须施加力以便拧紧螺母/螺丝 扭矩(T)=力(F)×力臂(L) 2.3螺栓连接件中的力 ·旋转螺母或螺丝使螺杆受力伸长 ·螺杆伸长产生的夹紧力把连接件夹紧 ·我们需要的是连接件中的夹紧力 90%的扭矩被摩擦力消耗 · 只有10%的扭矩转化为夹紧力 5-4-1原则 · 90%的扭矩被摩擦力消耗 · 只有10%的扭矩转化为夹紧力 夹紧力与摩擦力的关系与影响 通常的情况 螺纹连接状态的分类 定义来源:ISO5393“螺纹紧固件用旋转式气动装配工具性能试验方法” (国标对应版本为GB/T26547-2011) A. 硬连接:到达贴合点后,旋转30°以内达到目标扭矩 B. 软连接:到达贴合点后,旋转720°(2 圈)以上达到目标扭矩 C. 中性连接:到达贴合点后,旋转内30°-720°(2 圈内)达到目标扭矩 扭矩的过扭程度受连接件硬度以及工具转速影响。 影响夹紧力的因素 3、动态扭矩及静态扭矩 3.1动态、静态扭矩的定义 4、扭力衰减 4.1扭矩衰减的定义 扭矩衰减:拧紧工作完毕后发生在紧固件上的扭矩降低现象即为扭矩衰减,衰减后的扭矩低于目标值但较为稳定,一般在拧紧操作完成后的30ms内会完成60%以上的扭矩衰减。 对于任何连接,随着时间的推移,都会有一定程度的扭矩衰减,一般发生在以下两种情况中: 1、粗糙的表面配合时造成的衰减; 2、软连接中的扭矩衰减。 4.2扭力衰减的测量流程 静态扭矩会随着时间的推移而衰减(即夹紧力衰减),被紧固件为非金属时尤为明显,而影响静态扭矩的因素较多,与夹紧力之间的线性关系不明显,因此不能通过静态扭矩的值来计算出衰减后的夹紧力,只能通过专业的实验设备来确定衰减后的夹紧力,从而找到紧固特定产品状态下夹紧力与静态扭矩的对应关系,而后静态扭矩可以用来监控生产过程的稳定性。 4.3静态扭力的测量方法 ·方法1 咔哒扳手法(只能作为产品复检手段) ·方法2 返松法 ·方法3 标记法 ·方法4 拧紧法(T) ·方法5 move on 法(用小角度(2-4度)反推所需扭矩) ·方法6 瞬时松动法(break away)(atlas专利) ·方法1 咔哒扳手法(只能作为产品复检手段) 咔哒扳手:只能检测扭矩过低(通常设为扭矩下限的90%)无法准确检测静态扭矩 因其操作简单,目前生产过程中运用比较多的方法 ·方法3 标记法 ·方法4 拧紧法(T) ·方法5 move on 法 ·方法6 瞬时松动法 ·方法6 瞬时松动法(Break away)操作步骤 4.4扭力衰减的影响因素 扭矩衰减的影响因素很多,如扭矩衰减已导致连接失效,不满足产品要求时,应从设计和工艺角度进行分析、改进。 影响因素举例说明: 1、被装配件的表面粗糙度:材料的变形--局部嵌入 应对策略:尽量避免部件的表面粗糙度过大 4、扭力衰减 影响因素举例说明: 2、弹性连接材料:尤其是塑料或密封件 应对策略:降低最终拧紧的速度 分步拧紧—如分步骤设置目 标扭矩60%--80%--100% 使用拧紧(如至目标扭矩 80%)+反松+最终拧紧的方法 3、过快的装配速度、不合理的装配动作 应对策略: 降低最终拧紧的速度分步拧紧—如分步骤设置目标扭矩60%--80%--100% 使用拧紧(如至目标扭矩80%)+反松+最终拧紧的方法 ①选用合适的工具 ②多轴同步拧紧 ③拧紧的次序 螺纹联接时紧固力和紧固顺序相当重要,如紧固力与紧固顺序配合不当,表面看起来螺纹其实都以紧固完成,实质上螺纹在经过震动、冲击和交变运动后,很快就会松动。所以在成组螺钉、螺母紧固时,一定按正确的紧固顺序逐次(一般两三次)拧紧螺母。一般第一次紧固力为25%,第二次紧固力为50%,第三次紧固力为100%。 下图为各种联接件的紧固顺序: 长条形零件:从中间开始向两边紧固,防止零件变形 对称零件:从对角开始紧固,如方形、圆形件 多孔零件的紧固:从中向四周对称发散进行 4、其他:如装配过程中的温度(复杂) 应对策略: ·避免不合理的摩擦 ·避免热膨胀系数不同/相差过大 4.5扭矩衰减的改善措施 影响扭矩衰减的因素很多,针对不同的扭矩衰减形式改善措施也不尽相同,综合以上内容,从工艺和设计角度去考虑扭矩衰减的常见改善措施归纳如下,当然,改善措施不局限于以下内容。 设计角度: 1.表面粗糙度:表面粗糙度越小,材料表面越光滑,在拧紧后扭矩衰减越小。 2.材料硬度:提高材料硬度,材料表面互相之间嵌入越困难,扭矩衰减也越小。 3.弹性材料:塑料或橡胶等,尽量少采用,如必须采用,应制定周全的拧紧策略,以保证衰减后的夹紧力满足产品要求。 4.螺栓选择:细牙螺栓相比粗牙螺栓螺距更小,螺纹升角也小,在使用中不容易松动,因此采用细牙螺栓扭矩衰减会较粗牙低 影响扭矩衰减的因素很多,针对不同的扭矩衰减形式改善措施也不尽相同,,以下仅从工艺和设计角度去考虑扭矩衰减的常见改善措施,当然,改善措施不局限于以下内容。: 工艺角度: 1.拧紧策略:改变拧紧策略,两步拧紧或多步拧紧,在拧紧过程中停顿50ms可释放弹性应变,降低衰减。 2.拧紧速度:当工件被压紧后,毛刺在较大的夹紧力下变形, “变短”夹紧力下降,残余扭矩同步下降拧紧速度越快,毛刺的初始变形越小,残余扭矩下降越多,因此,降低拧紧速度可以降低扭矩衰减。 3.拧紧顺序:把单轴拧紧改成几轴同时拧紧,可降低扭矩衰减;或者采取单轴多步逐渐拧紧到目标扭矩,也可以降低扭矩衰减。
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