1、AC tightening techniqueBASIC TIGHTENING BASIC TIGHTENING T E C H N I Q U ET E C H N I Q U E基 本 拧 紧 技 术基 本 拧 紧 技 术AC Tightening Technique阿特拉斯阿特拉斯科普柯拧紧技术科普柯拧紧技术1AC tightening technique基本拧紧技术基本拧紧技术介绍装配过程中的基本问题，为正确和使用选择工具提供指导介绍装配过程中的基本问题，为正确和使用选择工具提供指导对客户来讲，成功的关键是所使用的工具设备能够匹配其特定需要对客户来讲，成功的关键是所使用的工具设备能够匹
2、配其特定需要 2AC tightening techniqueDifferent ways of assembling装配的不同方装配的不同方法法 Welding(焊接)Gluing(粘接)Riveting(铆接)Tightening with screws and bolts(螺栓拧紧连接)3AC tightening techniqueWhy use bolted joints?为什么使用螺栓连为什么使用螺栓连接接 Easy and quick assembly(简单方便)Can be disassembled and reassembled(可以拆卸和重新装配)Standardised
3、well-defined element(标准化)Cost-efficient(节省成本)The bolt should be weakest link(设计成最薄弱环节)Its so easy thata child can do it4AC tightening techniqueThe thread creates the clamp load that holds the joint together螺纹建立夹紧载何使得螺纹建立夹紧载何使得工件被夹紧工件被夹紧)Clamping forceTensionTurning the nut or screw stretches the scr
4、ew(旋转螺母或者螺栓拉深螺栓)Stretching the screw clamps the parts together(拉伸螺栓保证工件夹紧)The clamp load in the joint is the target of all tightening(夹紧载何就是我们的拧紧的目标)5AC tightening techniqueClamping force vs tensile load and shear load夹紧力和夹紧力和螺栓张力和剪切力螺栓张力和剪切力Shear loadShear loadTensile loadTensile loadClamping force
5、6AC tightening techniqueThis must be avoided!这个必须要避免这个必须要避免Shear loadShear loadTensionTension7AC tightening technique8AC tightening techniqueBolt tension=20 kN9AC tightening techniqueBolt tension=?ton10AC tightening techniqueBolt tension=?ton=10 kN11AC tightening techniqueIs the bolt tension now app
6、roximately.现在螺栓的拉伸力大约是多少现在螺栓的拉伸力大约是多少?10 kN?20 kN?Or 30 kN?12AC tightening techniqueThe Correct answer is:正确的答案是正确的答案是:20 kN the bolt pretension will NOT change(much)螺栓上承受的拉伸力螺栓上承受的拉伸力是不会变化的是不会变化的13AC tightening techniqueThe Special Fastener特殊模式特殊模式14AC tightening techniqueThe Use of the Special Fas
7、tener拧紧这个模式拧紧这个模式15AC tightening techniqueThe Joint Loaded by an Applied Force连接负载被一应用的力产生连接负载被一应用的力产生16AC tightening techniqueThe Joint Loaded by an Applied ForceZero clamp at the interface.界面中没有夹界面中没有夹紧紧17AC tightening techniqueThe Joint Loaded by an Applied Force18AC tightening techniqueQuestion
8、What is the major difference between a bolted joint on one hand and a welded,glued or riveted joint on the other hand?螺栓连接和焊螺栓连接和焊接铆接粘接有什么最大的区别接铆接粘接有什么最大的区别 And what is the consequence of this difference?这个不同点有什么重要的这个不同点有什么重要的19AC tightening techniqueQuestion What is the major difference between a b
9、olted joint on one hand and a welded,glued or riveted joint on the other hand?THE BOLTED JOINT IS PRELOADED!螺栓连接螺栓连接有预加负载有预加负载 And what is the consequence of this diffference?20AC tightening techniqueQuestion What is the major difference between a bolted joint on one hand and a welded,glued or rivet
10、ed joint on the other hand?THE BOLTED JOINT IS PRELOADED!And what is the consequence of this diffference?ONLY A SMALL PORTION OF THE EXTERNAL LOAD IS TRANSFERRED TO THE BOLT(until the preload is exceeded)!只有很小的一部分外部负载被转移到螺栓上只有很小的一部分外部负载被转移到螺栓上(直到超过预加负载直到超过预加负载)21AC tightening techniqueQuestion What
11、is the major difference between a bolted joint on one hand and a welded,glued or riveted joint on the other hand?THE BOLTED JOINT IS PRELOADED!And what is the consequence of this diffference?ONLY A SMALL PORTION OF THE EXTERNAL LOAD IS TRANSFERRED TO THE BOLT!INTERESTING BUT WHAT IS THE VALUE OF THA
12、T?意义意义-但是这个价值是什么但是这个价值是什么22AC tightening technique Variations in external loads are only to a small extent transferred to the bolt=The fatigue resistance of the bolt becomes very high 外部负载的变化只有很小的一部分会转移到螺栓上=这样螺栓就不容易由于负载的交变而产生疲劳损坏 It provides a frictional grip=It will not come apart if the parts cann
13、ot move in relation to each other 提供了一个有摩擦力的夹紧=这将不会出现部件分离如果部件不能有相互的位移23AC tightening technique螺栓连接的受力螺栓连接的受力剪切剪切拉伸拉伸24AC tightening technique一定要确保施加的扭矩达到最小需要扭矩一定要确保施加的扭矩达到最小需要扭矩夹紧力一定要高于外部载荷夹紧力一定要高于外部载荷安全余量载荷的影响因素安全余量载荷的影响因素:振动振动 摩擦力的变化摩擦力的变化 连接件尺寸变化连接件尺寸变化 拧紧精度拧紧精度25AC tightening technique施加的力不要超过使用
14、极限施加的力不要超过使用极限螺栓拉伸量N夹紧力 施加的力过大会使施加的力过大会使螺栓过度伸长螺栓过度伸长 安全余量取决于安全余量取决于:拧紧精度拧紧精度材料等级材料等级26AC tightening technique螺栓连接应用的历史背景螺栓连接应用的历史背景27AC tightening technique历史背景历史背景十九世纪工业革命开始，为得到更大的生产力要求工业产品必须达到：系统化质量可控性可复制性28AC tightening technique连接图连接图德国人Rotscher 在1927年提出了连接图，这种方法直到今天仍在使用，帮助我们理解连接的力学特性和进行计算。29AC
15、tightening techniqueVDI 2230，德国工程师协会德国工程师协会 2230标准标准基于从1960年代就开始的研究，德国工程师协会(VDI，German Society of Engineers)发布了VDI2230：高负荷连接的系统计算方法 Systematic Calculation of High Duty Joints.30AC tightening techniqueVDI 2230VDI 2230使用范围使用范围VDI 2230的应用非常广泛，包括带60度法兰的高强度螺拴，螺丝大小从M4到M39。它给出的是单螺拴连接的分析指导。由多个螺拴组成的连接，负荷首先要被
16、分配，使每个螺拴上的负荷确定下来。31AC tightening technique连接件图连接件图螺拴与连接件的关系螺拴与连接件的关系拉伸弹簧压紧弹簧32AC tightening technique连接件图连接件图力伸长量压缩量螺栓拉伸连接件压缩压力拉力螺拴和连接的变形螺拴和连接的变形33AC tightening technique连 接 图 解螺栓连接的变形关系螺栓连接的变形关系 夹紧力 变形预紧力螺栓伸长1 连接件 压缩2 34AC tightening techniqueJoint Diagrams连 接 图 解轴向工作载荷的影响轴向工作载荷的影响 力12 变形螺栓受力增加部分夹紧
17、力减少部分1 工作载荷35AC tightening technique通过螺纹产生夹紧力把连接件夹紧通过螺纹产生夹紧力把连接件夹紧 旋转螺母或螺丝使螺丝受力旋转螺母或螺丝使螺丝受力伸长伸长 螺丝伸长产生的夹紧力把连螺丝伸长产生的夹紧力把连接件夹紧接件夹紧 我们需要的是连接件中的夹我们需要的是连接件中的夹紧力紧力36AC tightening techniqueTorque measurement扭矩测量扭矩测量The applied torque is measured应用力矩应用力矩Clamping forceNeeded需要的夹紧力需要的夹紧力Clamping force is the
18、aim at but it is hard to measure.Torque is easy to measure and apply.夹紧力是目标但是比较难测量但是扭矩比较容易测量37AC tightening techniqueTorque T=FxrrFTa rFTbTa=FrTb=FrResult:Ta=2 TbF=applied force(in Newton)r=lever length(in meters)38AC tightening technique为了拧紧螺栓为了拧紧螺栓,必须施加力以便拧紧螺母必须施加力以便拧紧螺母/螺丝螺丝39AC tightening techni
19、queClamping force depends on torque and other factors 夹紧夹紧力的因素是扭矩和其余的因素力的因素是扭矩和其余的因素 Fm=T/(0.16P+(g*0.58*d2)+(Dkm/2)*k)Definitions:Fm=clamping force夹紧力 P =pitch of thread螺距 g =friction value in thread;螺纹摩擦系数 d2 =diameter bolt螺纹中径 Dkm=size of surface bolt(nut)-head螺栓头小表面尺寸 Dkm=(dw+dh)/2 k=friction va
20、lue surface bolt-head螺栓头下的摩擦系数40AC tightening technique50%10%40%Friction betweenthread bolt andthread nut螺纹和螺帽螺纹和螺帽的摩擦力的摩擦力Clamping force夹紧力夹紧力 Friction under bolt-head螺栓头下的摩擦力螺栓头下的摩擦力50%40%Relation between applied torque and clamping force扭矩和摩擦力的关系扭矩和摩擦力的关系41AC tightening techniqueChanging friction
21、:bolt-head螺栓头下的摩擦力变化螺栓头下的摩擦力变化Teflon washer塑料惦片塑料惦片42AC tightening technique40%20%40%40%40%Teflon washer塑料垫片塑料垫片Friction betweenthread bolt andthread nut螺纹和螺螺纹和螺帽的摩擦力帽的摩擦力Clamping force夹紧力夹紧力 Friction under bolt-head螺栓头下的摩擦力螺栓头下的摩擦力Relation between applied torque and clamping force扭矩和摩擦力的关系扭矩和摩擦力的关系
22、43AC tightening techniqueLess friction:40%20%40%44AC tightening techniqueChanging friction:bolt-head螺栓头下的摩擦力变化螺栓头下的摩擦力变化Locking washer防松垫片防松垫片45AC tightening technique60%0%40%60%40%Locking washer防松垫片防松垫片Friction betweenthread bolt andthread nutClamping force Friction under bolt-headRelation between
23、applied torque and clamping force扭矩和摩擦力的关系扭矩和摩擦力的关系46AC tightening techniqueMore friction60%0%40%47AC tightening techniqueChanging friction:thread bolt-nut螺纹的摩擦力变化螺纹的摩擦力变化Oil on the threads加油加油48AC tightening technique50%20%30%50%30%Oil on threadsFriction betweenthread bolt andthread nutClamping for
24、ce Friction under bolt-headRelation between applied torque and clamping force49AC tightening techniqueLess friction:50%20%30%50AC tightening techniqueChanging friction:thread bolt-nutCorroded bolt锈锈51AC tightening technique50%0%50%50%50%Rusted boltFriction betweenthread bolt andthread nutClamping fo
25、rce Friction under bolt-headRelation between applied torque and clamping force52AC tightening techniqueMore friction50%0%50%53AC tightening techniqueOther ways of changing the friction?Liquid loctite液体乐泰螺纹胶 Locknut防松螺帽 Paint in the threads螺纹中含有油漆 Damaged threads损坏的螺纹 Welding pearls焊渣 Bolt finishing(
26、Cr6,Dacromet,etc.)54AC tightening techniqueLoctite55AC tightening techniqueLocknut56AC tightening techniquePaint on the threads57AC tightening techniqueDamaged threads58AC tightening technique50-40-10 规则规则90%90%的扭矩用于克的扭矩用于克服摩擦力服摩擦力59AC tightening technique夹紧力与摩擦力的关系夹紧力与摩擦力的关系60AC tightening techniqu
27、e螺栓标识系统螺栓标识系统生产商标识生产商标识第一个数第一个数=1/100 的最大抗拉的最大抗拉强度强度(N/mm2)1008=800 N/mm2 第二个数第二个数=屈服强度与最大抗拉屈服强度与最大抗拉强度之间的关系强度之间的关系 0.8=80%两数相乘得出屈服应力两数相乘得出屈服应力 800*0.8=640 N/mm2 公制螺纹公制螺纹.61AC tightening technique施加的力不要超过使用极限施加的力不要超过使用极限螺栓拉伸量N夹紧力 施加的力过大会使施加的力过大会使螺栓过度伸长螺栓过度伸长 安全余量取决于安全余量取决于:拧紧精度拧紧精度材料等级材料等级62AC tight
28、ening technique63AC tightening technique软连接和硬连接64AC tightening techniqueTorque=oK夹紧角夹紧角:65AC tightening technique硬连接的定义硬连接的定义(ISO 5393)3030 max.max.夹紧角66AC tightening technique硬连接举例硬连接举例Clamping forceSteep slopeAngleLow angle displacement67AC tightening technique720720 min.min.软连接软连接的定义软连接的定义(ISO 53
29、93)68AC tightening technique软连接举例软连接举例Clamping forceSoft slopeAngleHigh angle displacement69AC tightening technique连接的特性也决定着所需工具的类型连接的特性也决定着所需工具的类型(ISO 5393)旋转角度旋转角度目标扭矩目标扭矩A.硬连接：到达贴合点后，旋转硬连接：到达贴合点后，旋转30以内达到目标扭矩的连接。以内达到目标扭矩的连接。B.软连接：到达贴合点后，旋转软连接：到达贴合点后，旋转2 圈（圈（720）以上达到目标扭矩的连）以上达到目标扭矩的连接。接。扭矩的过扭程度受连接
30、件硬度以及工扭矩的过扭程度受连接件硬度以及工具转速影响。具转速影响。软连接、硬连接软连接、硬连接3072070AC tightening techniqueTAngle()Snug levelTAngle()Snug level硬连接硬连接 720 deg(ISO 5393)X NmX Nm 72071AC tightening technique扭矩过冲扭矩过冲10 Nm9 Nm工具虽然设定都工具虽然设定都是是9Nm，但是，但是针对不同性质的针对不同性质的连接会产生不同连接会产生不同的结果的结果72AC tightening technique软、硬连接软、硬连接目标目标均值偏差均值偏差扭矩
31、扭矩角度角度过扭过扭贴合点贴合点硬连接硬连接软连接软连接73AC tightening technique如何在一个连接件上测量扭矩如何在一个连接件上测量扭矩动态扭矩动态扭矩:在拧紧螺栓的同时用在线式扭矩传感器测量。在拧紧螺栓的同时用在线式扭矩传感器测量。静态扭矩静态扭矩:安装后用扭矩扳手测量。安装后用扭矩扳手测量。74AC tightening technique静态扭矩静态扭矩动力工具动力工具输出扭矩输出扭矩 92949192949292X=92,43s=1,13扭力扳手扭力扳手静态扭矩静态扭矩 103 106 103 100 100 103 100X=102,14s=2,27T(Nm)时
32、间时间20406080100110120(A)工具输出工具输出(动态扭矩动态扭矩)(B)扭力扳手扭力扳手 (静态扭矩静态扭矩)原因:静态摩擦力75AC tightening technique硬连接上由于较高的静态摩擦力，静态扭矩硬连接上由于较高的静态摩擦力，静态扭矩可比动态扭矩要高。右下图中倒可比动态扭矩要高。右下图中倒V的拐点即是扭力的拐点即是扭力扳手测得的硬连接上的静态扭矩扳手测得的硬连接上的静态扭矩76AC tightening technique装配手测(动态)(静态)102.6 112 102.6 110 101.4 111 101.2 110 102.4 113 100.9 10
33、9 102.1 110 102.4 111 101.0 113 101.8 112 101.84 111.1 0.67 1.4 2.01 4.1 均值均值 标准偏差标准偏差(Sigma)3 Sigma硬连接硬连接77AC tightening technique软连接静态扭矩较动态扭矩要偏小，软连接静态扭矩较动态扭矩要偏小，原因是衰减。原因是衰减。VDI2230里系统的方法设置里系统的方法设置螺拴即有计算扭矩衰减这一步骤螺拴即有计算扭矩衰减这一步骤78AC tightening techniqueIf we look at what happens to the surface in cont
34、act with the threads and under the head,we will notice that locally the load can be extremely high,far exceeding yield and these areas will collapse(embedment).Embedment reduces the clamping force because the elongation of the bolt is reduced.Very high load Very high loadAverage load(80%of yield)扭矩衰
35、减扭矩衰减 copyright BLM s.a.s-24 giugno 2004QUITQUIT79AC tightening technique扭矩衰减的原因呢扭矩衰减的原因呢 连接的嵌入连接的嵌入80AC tightening technique81AC tightening techniqueCalculation Step R4-Establishing Preload Losses计算步骤计算步骤R4R4确定预加负荷损失确定预加负荷损失losses.由于局部嵌入和不同的热膨胀特性，螺拴预加负荷可能会损失Aluminium JointSteel Bolt82AC tightening
36、technique弹性衰减会影响夹紧力弹性衰减会影响夹紧力材料弹性衰减会使夹紧力衰减材料弹性衰减会使夹紧力衰减!Time83AC tightening technique均值均值 标准偏差标准偏差(Sigma)3 Sigma装配手测(动态)(静态)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 软连接软连接84AC tightening technique衰减衰减时间时间牛米牛米85AC tighteni
37、ng technique扭矩和角度扭矩和角度 OKOK扭矩扭矩角度角度扭矩扭矩=OK角度角度=OK86AC tightening technique结论：结论：Clamp forceFriction in threadsFriction under nut or head螺栓装配质量对产品的最终质量有着直接影响螺栓装配质量对产品的最终质量有着直接影响为了得到质量合格的拧紧连接为了得到质量合格的拧紧连接 拧紧扭矩必须精确拧紧扭矩必须精确 连接件质量必须得到监控连接件质量必须得到监控87AC tightening technique拧紧方法的分类按工具控制方式拧紧方法的分类按工具控制方式 基于扭矩
38、或角度:弹性范围内:扭矩控制 角度控制 连接控制超出弹性范围 角度控制 梯度(扭矩变化率)控制，即屈服点控制 其他方式超声波机械测试伸长量88AC tightening technique夹紧力夹紧力角度角度扭矩扭矩角度角度螺拴连接模型螺拴连接模型89AC tightening technique夹紧力夹紧力扭矩扭矩角度角度角度角度螺拴连接模型塑性变形阶段螺拴连接模型塑性变形阶段90AC tightening technique扭矩控制扭矩控制91AC tightening technique扭矩控制方式利用的是人们熟知的扭矩与张紧力之间的关系公式。扭矩控制扭矩控制方式利用的是人们熟知的扭矩与
39、张紧力之间的关系公式。扭矩控制方式在出现最大摩擦系数和最小力率方式在出现最大摩擦系数和最小力率(Force Rate)时提供最小的夹紧力，反时提供最小的夹紧力，反之亦然。之亦然。扭矩控制扭矩控制92AC tightening technique优势优势:l容易实现不同精度等级的控制容易实现不同精度等级的控制+/-25%+/-25%的脉的脉冲型工具到冲型工具到+/-1%+/-1%的拧紧轴的拧紧轴l巨量的产品和过程设计的标准数据巨量的产品和过程设计的标准数据-历史悠历史悠久久l过程和设备的有效性校验过程非常容易过程和设备的有效性校验过程非常容易l 工程师非常熟悉，广为人知工程师非常熟悉，广为人知扭
40、矩控制扭矩控制93AC tightening techniqueTightening Methods劣势劣势:l 夹紧力的精度很差夹紧力的精度很差,可能到可能到+/-60%,+/-60%,受摩擦系数影响大受摩擦系数影响大l 没有根本办法防止螺拴断裂没有根本办法防止螺拴断裂l以上两个原因导致螺拴能力利以上两个原因导致螺拴能力利用率低用率低 60%60%扭矩控制扭矩控制94AC tightening technique弹性区域角度控制弹性区域角度控制拧紧规范拧紧规范=门槛力矩门槛力矩+拧紧角度拧紧角度95AC tightening technique弹性区域内的角度控制避免了避免了的摩擦系数大范围
41、变动摩擦系数大范围变动对夹紧力的影响。它通过控制转角来拧紧，利用了力率变动较小力率变动较小的优势。零件开始被零件开始被压在一起压在一起角度角度扭矩扭矩弹性区域角度控制弹性区域角度控制讨论：力率 Force Rate 是什么？影响它的主要因素有哪些？96AC tightening technique优势优势l 相对容易实现l 过程和产品的有效性相对容易检查l 现场维修的成本和精度可以接受l 螺拴利用率得到大大提高弹性区域角度控制弹性区域角度控制97AC tightening technique劣势劣势l 标准的拧紧规范通常不能直接使用了必须做一些连接分析/实验室分析工作l 无法使用扭力扳手复紧来
42、校验l 工具同时需要扭矩和角度测量能力弹性区域角度控制弹性区域角度控制98AC tightening technique夹紧力夹紧力扭矩扭矩角度角度角度角度门槛力矩门槛力矩拧紧角度拧紧角度夹紧力变化夹紧力变化塑性区域角度控制塑性区域角度控制99AC tightening technique优势优势l 摩擦力影响降到最低l 最大程度上利用螺拴能力劣势劣势l生产条件下检验工具性能很困难l设置和校验产品参数的费用较高l螺拴一般无法重复使用螺拴一般无法重复使用塑性区域角度控制塑性区域角度控制100AC tightening technique扭矩扭矩dT/dA 最大值最大值dT/dA 最大值最大值 的
43、某个百分的某个百分比比dT/dA角度角度角度角度梯度梯度(扭矩变化率扭矩变化率)控制、屈服点控制控制、屈服点控制101AC tightening technique优势优势l 螺拴进入塑性阶段一个小角度螺拴进入塑性阶段一个小角度,最大程序利用螺拴最大程序利用螺拴l 螺拴可以重复利用几次螺拴可以重复利用几次l 夹紧力精度很高夹紧力精度很高,拧紧效果不受弹性系数即力率拧紧效果不受弹性系数即力率Force Rate KForce Rate K的影响的影响.当当需要用许多螺拴坚固的情况下需要用许多螺拴坚固的情况下,如气缸盖如气缸盖,在设计上有时需要对不同位置使在设计上有时需要对不同位置使用不同螺拴用不
44、同螺拴,弹性系数不同弹性系数不同.但这只影响屈服点的角度但这只影响屈服点的角度,夹紧力最大值总是夹紧力最大值总是在屈服点附近在屈服点附近.梯度梯度(扭矩变化率扭矩变化率)控制、屈服点控制控制、屈服点控制102AC tightening technique劣势劣势l 需需要连接分析和实验室工作要连接分析和实验室工作l 过程的检验困难过程的检验困难l 拧紧拧紧/修复螺拴可能是个问题修复螺拴可能是个问题l 设备昂贵设备昂贵梯度梯度(扭矩变化率扭矩变化率)控制、屈服点控制控制、屈服点控制103AC tightening technique超声波提供了最精确的夹紧力测量方式，超声波提供了最精确的夹紧力测
45、量方式，把它作为拧紧控制方式效果也最好。但使把它作为拧紧控制方式效果也最好。但使用这种方式需要满足许多特殊条件：声耦用这种方式需要满足许多特殊条件：声耦合，合，螺拴长度直径比，螺拴头尾的特殊处螺拴长度直径比，螺拴头尾的特殊处理等。由于这些条件很难在生产条件下满理等。由于这些条件很难在生产条件下满足，所以目前只限于实验室分析使用。足，所以目前只限于实验室分析使用。其他控制方式超声波测量其他控制方式超声波测量104AC tightening techniqueWe are committed to your superior productivity throughinteraction and innovation.通过互动与创新，我们承诺您通过互动与创新，我们承诺您实现卓越生产力。实现卓越生产力。105AC tightening technique1-106106
