螺纹联接原理及力矩管理.ppt

力矩紧固及管理方法,螺纹联接原理,工具简介,AF1,力矩管理体系,螺纹联接：利用螺纹零件构成可拆式联接,螺栓联接,双头螺柱联接,螺钉联接,紧定螺钉联接,螺纹联接原理,使用联接是为了便于机器的制造、安装、运输、维修以及提高劳动生产率，常见的可拆式联接有螺纹联接、键联接及销联接等,一、螺纹的基本知识,把一锐角为,的直角三角形绕到一直径为,d,的圆柱体上，绕时底边与圆柱底边重合，则斜边就在圆柱体上形成一条空间螺旋线。,如用一个平面图形,K,（如三角形）沿螺旋线运动并使,K,平面始终通过圆柱体轴线,YY-,这样就构成了三角形螺纹。同样改变平面图形,K,，同样可得到矩形、梯形、锯齿形、圆弧形（管螺纹）,螺纹又分为米制和英制两类。,螺纹的形成：,螺纹的基本知识,螺纹联接原理,（,1,）,大径,d,：,与外螺纹牙顶,(,或内螺纹牙底,),相重合的假想圆柱体的直径。在标准中定为公称直径,。,（,2,）小径,d,1,：与外螺纹牙底,(,或内螺纹牙顶,),相重合的假想圆柱体的直径。,（,3,）,中径,d,2,：一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线上牙型沟槽和凸起宽度相等。是确定螺纹几何参数和配合性质的直径。,（,4,）螺距,P ：,相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。,（,5,）导程,S：,S=,nP,，,同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。,螺纹的主要几何参数：,（,6,）,螺纹升角,：,中径,d,2,圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角。,（,7,）,牙型角,：,轴向截面内螺纹牙型相邻两侧边的夹角。牙型侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。,（,8,）,接触高度,h,：,内外螺纹旋合后，接触面的径向高度。,螺纹的基本知识,螺纹联接原理,螺纹的表示方法：,粗牙普通螺纹：用字母“,M”,及“公称直径”表示，如,M24,；,细牙普通螺纹：用字母“,M”,及“公称直径,螺距”表示，如,M241.5,；,当螺纹左旋时，在螺纹代号之后加“左”字，如,M241.5,左,；,螺纹的基本知识,螺纹联接原理,螺纹联接的预紧,预紧力：,大多数螺纹联接在装配时都需要拧紧，使之在承受工作载荷之前，预先受到力的作用，这个预加作用力称为预紧力,。,预紧的目的,：增强联接的可靠性和紧密性，以防止受载后被联接件间出现缝隙或发生相对移动。,预紧力的确定原则：,拧紧后螺纹联接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限,s,的,80%,对于一般联接用的钢制螺栓联接的预紧力,Qp,，可以按下列关系确定,碳素钢螺栓：,Qp,(0.60.7),s,A1,合金钢螺栓：,Qp,(0.50.6),s,A1,装配时预紧力的大小通常是通过拧紧力矩来控制的,二、螺纹的受力分析,螺纹联接原理,螺旋副中的受力情况,预紧力,预紧力,夹紧力,夹紧力,摩擦力,摩擦力,这是我们需要控制的！,拧紧力矩,T,螺纹的受力分析,螺纹联接原理,预紧力和拧紧力矩之间的关系,拧紧力矩,T,螺母端面和支承面之间的摩擦阻力矩,T1,螺旋副间的摩擦阻力矩,T2,一般,K=0.10.3,对于,M10M64,粗牙普通螺纹的钢制螺栓,将其标准参数代入，经简化后得,K,0.2,T 0.2Q,p,d,系数化：,T=K*d*,Qp,螺纹的受力分析,螺纹联接原理,50%,10%,40%,支撑面力矩,轴向力矩,螺纹面力矩,拧紧力矩的构成,拧紧力矩,T,螺纹面力矩系数,K1,轴向力矩系数,K3,支撑面力矩系数,K2,螺纹的受力分析,螺纹联接原理,-,扭矩法,拧紧力矩,高摩擦力,低摩擦力,普通,夹紧力,夹紧力,摩擦系数,润滑后的螺栓,坏螺纹,普通,当拧紧力矩一定时夹紧力随摩擦系数的增大而减小；,三、螺纹联接力矩控制方法,扭矩法就是在拧紧时，当拧紧力矩达到规定力矩时拧紧过程就停止。,螺纹联接原理,预紧力,抗拉强度极限,屈服强度极限,转角,0,弹性区域,塑性区域,-,扭矩转角法,在弹性区内，若螺栓参数恒定，预紧力仅与螺栓伸长量有关，而伸长量与转角成正比,螺纹联接力矩控制方法,扭矩转角法：在拧紧达到贴合点后，再转动螺纹件到规定的角度。,螺纹联接原理,-,屈服极限法,预紧力,抗拉强度极限,屈服强度极限,转角,0,弹性区域,塑性区域,当拧紧力矩达到螺栓的屈服极限时，转角对力矩的微分为,0,；,螺纹联接力矩控制方法,屈服极限法就是利用数字电路对扭矩、转角进行微分计算，当微分为零时设备停止拧紧。,螺纹联接原理,硬联接,30,度,(,ISO 5393),N.m,720,度,(,ISO 5393),扭矩,角度,贴合点,N.m,720,度,0,四、硬联接与软联接,螺纹联接原理,目标,均值偏差,扭矩,角度,过扭,贴合点,硬联接,软联接,0,硬联接与软联接,螺纹联接原理,动态测试,：,装配的同时,用,在线式扭矩传感器,测量,静态测试,：,装配后,用,扭矩扳手,测量,硬联接与软联接,螺纹联接原理,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,平均值,100.42 86.7,硬联接,装配 手测,(,动态,)(,静态,),102.6 112,102.6 110,101.4 111,101.2 110,102.4 113,100.9 109,102.1 110,102.4 111,101.0 113,101.8 112,平均值,101.84 111.1,软联接,原因,:克服,静态摩擦力,原因,:扭矩衰减,注：拧紧工具设定值：100,N.m,静态手测的力矩比拧紧工具的实际装配力矩,大,10,左右,静态手测的力矩比拧紧工具的实际装配力矩,小,15,左右,硬联接与软联接,螺纹联接原理,60-70%的金属衰减发生在,0.3,秒以内,时间,衰减,断气,扭矩,0,硬联接与软联接,螺纹联接原理,拧紧时间与力矩关系,ACC,发动机变速箱支承与车身紧固,工具型号,EP10XSHR13/C,工艺力矩范围 58.868.6,N.m,设定值 63.7,N.m,硬联接与软联接,螺纹联接原理,发动机前支架（铝质）螺栓紧固,工具型号,EP10XSHR13/C,工艺力矩范围 58.868.6,N.m,设定值 63.7,N.m,拧紧时间与力矩关系,硬联接与软联接,螺纹联接原理,前束杆与转向节连接紧固,工具型号,EP8XSHR10,工艺力矩范围,39-47N.m,设定值,43.1N.m,拧紧时间与力矩关系,硬联接与软联接,螺纹联接原理,螺纹联接,升角,满足自锁条件,三角形螺纹当量摩擦角,螺纹升角,摩擦角,重力,推力,支撑力,摩擦力,螺纹联接自锁性,五、螺纹联接返松分析,螺纹联接原理,螺纹联接由于其良好的自锁性，在静载荷作用下不会自行松脱,在冲击、振动或变载荷的作用下，会使螺纹副间的正压力突然减小，导致摩擦力减小，螺母回旋，产生返松现象,螺纹联接返松原因,防松原理,概括成一句话，即消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运动的难度。,螺纹联接返松分析,螺纹联接原理,螺纹联接防返松方法,1,）摩擦防松,双螺母、,弹簧垫圈,、尼龙垫圈、自锁螺母等,螺纹联接返松分析,螺纹联接原理,2,）机械防松：,开槽螺母与开口销，圆螺母与止动垫圈，轴用带翅垫片，止动垫片，串联钢丝等,螺纹联接防返松方法,螺纹联接返松分析,螺纹联接原理,螺纹联接防返松方法,3,）永久防松：端铆、冲点、点焊,4,）化学防松,粘合,螺纹联接返松分析,螺纹联接原理,螺纹联接防返松实例应用,自锁螺母,弹簧垫圈,锁止销,螺母凿凹,厌氧胶,螺纹联接返松分析,螺纹联接原理,预紧力,预紧力,剪切力,剪切力,造成返松情况之一,摩擦力降低,/,消失,螺栓杆变形,夹紧力,夹紧力,螺纹联接返松,剪切力作用,产生位移,残余预应力,零件不接触,螺纹升角,螺纹联接返松分析,螺纹联接原理,压缩空气驱动,气动马达,，马达转矩传递给,缸体,，缸体内油压瞬间上升而得到的脉冲作用于缸体内的,驱动叶片,上并驱动缸体，从而带动,主轴,转动进行拧紧；,供气部分,气动部分,脉冲部分,1.,油压脉冲风扳构造,使用前需先预热,一、常用风动工具,工具简介,类 别,特 性,型号,图 示,EP6XSHR42,EP8XHR10,EP10XSHR13,EP12XSHR13,EP5PTS12HR42,EP6PTS20HR42,常用风动工具,工具简介,压缩空气驱动,气动马达,，马达转矩通过齿轮组减速，再经由一,离合器,驱动,主轴,转动进行拧紧，当连接件上的扭矩通过主轴反馈达到离合器预设值，离合器开始打滑，拧紧完成；,消声器,转角齿轮,齿轮,离合器,气动马达,断气阀,压杆,弯头断气式风扳,打滑离合式风扳,2.,打滑离合式风扳构造,离合器,气动部分,离合器传动部分,供气部分,常用风动工具,工具简介,非断气式,适用力矩范围：,0.490,转速较低,2001000,转,/,分，其它同上,类 别,特 性,型号,图 示,TWISTHR16,TWISTHR05,TWIST22,打滑离合式,LUF34HR16,LUF34HR08,LUM22HR12,LUM25PR07-P,LUM25PR07-P,US-LT31PB-23,LTV28R28-10,LTV27SR006-10,常用风动工具,工具简介,由充电池驱动,电动马达,，马达转矩通过行星齿轮减速，再经由,离合器,驱动,主轴,转动进行拧紧，或者通过驱动,液压缸及其叶片,带动,主轴,转动进行拧紧；,电池枪构造,二、常用电池枪,工具简介,类 别,特 性,型号,图 示,常用电池枪,PES9.6T,EPA6,工具简介,三、常用电动（电子）工具,工具简介,电动扳手的组成：,控制箱,电缆,拧紧轴,侍服电机：直流无刷、交流侍服,减速齿轮箱,输出轴,扭矩传感器：应变片式,角度传感器：光栅式、脉冲式,电动工具：,无源电动工具：利用蓄电池驱动,有源电动工具：利用电缆导电驱动,电动扳手系统的功能：,、可实现,5000,组或无限量拧紧数据储存,、角度监控精度极高，达到,1,度,、扭矩监控精度很高，达到,1%,，,Cp,值达到,1.33,以上,、可实现多种扭矩控制方法：,扭矩法,扭矩转角法,扭矩控制角度监控法,扭矩或角度法,角度控制扭矩监控法,屈服极限法,常用电动（电子）工具,工具简介,电动工具在,AF1,分布,手持式弯头拧紧枪,共,13,套,常用电动（电子）工具,工具简介,共,22,套,电动工具在,AF1,分布,拧紧轴,常用电动（电子）工具,工具简介,工具选型参考,对于小力矩紧固油压脉冲断气式工具,扭力扳手构造,本体1,本体2,肘节,滚轮,手柄,r,F,T,扭矩,T=Fr,四、常用扭矩检测工具,工具简介,类别,图示,型号,类别,图示,型号,常用扭矩检测工具,工具简介,1.,常用拧紧工具使用过程中可能存在的问题：,1、拧紧时间过短,可能原因:对标准不了解、噪音、扭手、工时等,主要表现：收枪过早,不同材料的连接（软硬联接）对紧固时间的要求也有区别。,3、,电池枪力矩不符（,PES9.6T),可能原因:员工未注意时旋动了力矩设定环,主要表现:电池枪上的力矩设定环被旋动,2、,持枪姿势不正确,可能原因:紧固位置限制、操作不规范,主要表现：持枪不能垂直,工具简介,五、工具使用过程中的问题,2.,扭矩检测工具使用过程中可能存在的问题：,1、倾斜扳手手柄,使用扭力扳手时,.,切勿倾斜扳手手柄,倾斜扳手手柄易导致扭力偏差甚至损坏紧固件。,按照国家标准仪器操作规范，,其垂直度偏差左右不应超過,10,度,.,其水平方向上下偏差不应超過,3,度,2、用力过大、速度过快,拧紧紧固件,请注意均匀平随着阻力的不断增加,旋力的速度相应放缓切勿在达到欲置扭力后继续旋力,当听到,“,咔嗒,”,声响后立即停止旋力以确保精度,延长使用寿命。,继续旋力,除了会对扳手本身造成严重损害外,还会使得扭力大大超过设定的扭力值。,3、连续两次检测,会使得扭力大大超过设定的扭力值。,工具简介,工具使用过程中的问题,六、螺栓拧紧顺序,a,b,c,螺栓拧紧顺序(三颗螺栓）,:,预紧,a,紧固,b,紧固,c,增紧,a,预紧,a,预紧,b,紧固,c,增紧,a,增紧,b,理论:,现场:,1、零件加工精度的提高,2、人员效率的提高,3、装配习熟度的提高,从小至大,工具简介,预紧,a,预紧,c,紧固,b,紧固,d,增紧,a,、,b,螺栓拧紧顺序(四颗螺栓）,:,对角拧紧,工具简介,六、螺栓拧紧顺序,螺栓拧紧顺序,螺栓拧紧顺序方面可能存在的问题：,1、第一颗螺栓未预紧,2、预紧螺栓对应的不是基准孔,3、紧固顺序不符合从小至大的原则,4、紧固顺序不符合对角紧固的原则,工具简介,力矩不符,硬件原因,软件原因,气压不稳定,异物原因,软连接,硬连接,焊渣、密封胶,油、油脂,操作手法不当,工具混用,型号、状态,存在问题,原因分析,工具原因,连接状态原因,拧紧时间过短,拧紧顺序不当,被联接件错位,力矩不符可能性分析,工具简介,