3-3夹紧力与扭矩演示课件.ppt

Cliquez pour modifier le style du titre,Cliquez pour modifier les styles du texte du masque,Deuxime niveau,Troisime niveau,Quatrime niveau,Cinquime niveau,*,夹紧力与扭矩,螺栓装配,螺栓选用规则,螺栓强度,扭矩与夹紧力的关系,影响连接的因素,动力工具的影响,防错,2,装配的目的？,装配的目的是通过螺栓拧紧，用一个“合适的力”将多个零部件结合在一起使其满足产品的工作特性,3,螺栓规格选型的依据,-VDI2230,必须满足装配的工件在受载模式下不失效,1,，工件不会变形（夹紧力过大）,2,，零件不会分离,3,，工件的密封性能完好,必须满足螺栓在最大载荷下不失效,必须满足在交变载荷下不会疲劳断裂,需要考虑到摩擦系数的偏差,需要考虑到尺寸,1,，尺寸太大影响产品美观,2,，多余的尺寸会影响重量（发动机等）,4,常见的螺栓及螺母强度,对于公制螺纹，,ISO898,是一个国际标准用来定义碳钢以及合金钢螺栓，螺纹副，螺钉以及螺帽的强度等级,对于螺栓，,ISO898,定义了,10,个强度等级，从最低的,3.6,到最高的,12.9,，而螺帽相应的从,4,到,12,有,7,个不同等级,比如一个等级为,8.8,级别的螺栓，通常会选择一个等级为,8,的螺母或者螺纹副来配合,5,螺栓强度,ial 20,生产商,第一个数,=1/100,的最小抗拉强度,(,N/mm,2,),100,8=800 N/mm,2,第二个数,=,屈服强度与最小抗拉强度之间的关系,0.8=80%,两数相乘得出屈服应力,800,*,0.8=640,N/mm,2,公制螺纹,.,例：,M10,螺栓的抗拉强度：,S=5,2,x3.14=78.5mm,2,SX800 N/mm,2,=62800N=6280Kg,6,螺栓强度的测试方法,1,，低强度螺栓，含碳量较低，有明显的屈服阶段,2,，高强度螺栓，含碳量较高，采用等效屈服点,3,，测试示意图,7,螺母,/,螺纹副强度,8,螺母强度测试方法,9,为什么是扭矩？,我们能够测量的是扭矩,T,夹紧力是我们想要得到的,夹紧力是我们想得到的，但是它非常难测量,.,扭矩,容易测量和运用,10,扭矩，夹紧力与摩擦力的关系,F,m,=T/(0.16P+(,g,*0.58*d,2,)+(D,km,/2)*,k,),Pitch,Thread,Head,Definitions,：,T =Torque,（扭矩）,F,m,=clamping force,（夹紧力）,P,=pitch of thread,（螺距）,g,=friction value in thread,（螺纹副之间的摩擦力）,d,2,=diameter bolt,（螺栓的直径）,D,km,=size of surface bolt(nut)-head,（螺帽与工件表面的接触面积）,D,km,=(d,w,+d,h,)/2,k,=fricition value surface bolt-head,（螺帽与工件表面之间的摩擦力）,11,扭矩，夹紧力与摩擦力的关系,扭矩,100%,90%,的扭矩用于克服摩擦力,产生夹紧力,10%,螺纹副中,40%,螺栓头下摩擦力,50%,12,为什么是扭矩？,夹紧力很难直接检测：内力,夹紧力装配成本高：需要力传感器,扭矩和夹紧力有一定线性关系,50%,10%,40%,13,摩擦系数,取决于不同材质,取决于螺纹副配合公差,取决于是否有涂层？润滑？,是否有垫片？,14,摩擦系数差异较大的结果,Torque,扭矩,Nm,Tension,张力,KN,10,20,20,30,40,50,60,40,60,80,100,120,medium-oiled,轻度浸油,well-oiled,充分浸油,rough/not oiled,原始状态,Tension dispersal,张力的散布误差,50%,Final torque,目标扭矩,2%,仅仅判断扭矩，如果摩擦系数差异较大，实际的夹紧力结果差异也是很大的,15,夹紧力偏差大会导致的结果,扭矩合格！,夹紧力过大,螺栓有可能被拉断,工件变形,安全余量变小,夹紧力过小,夹紧力不足,螺栓易松,螺栓易被“剪断”,生锈的螺栓,16,小结,连接的目的是产生夹紧力,生产中常见的控制变量时扭矩,扭矩和夹紧力之间受摩擦系数影响,装配的扭矩只有,10%,转化为夹紧力,17,简单的螺栓设计案例,1,，连接最大轴向载荷,12KN,，正常在,6KN,2,，最大剪向载荷,2KN,3,，必须保证,6KN,夹紧力，确保密封垫圈工作，但是不能大于,46KN,4,，工件之间的最大静摩擦系数,0.4,5,，摩擦系数,0.12-0.14,之间,6,，工件最大允许压力,75KN,如何根据以上的要求选择螺栓及工具？,剪向载荷,轴向载荷,18,步骤,1,：确定夹紧力范围,需要保证连接在受到各种载荷时不失效，即：,(F,min-12)*0.4,2,保证最大轴向载荷时依然可以保证剪向载荷,17KN,Fmin-12,6,保证最大轴向载荷时密封,OK,18KN,确定最小载荷,18KN,需要避免连接过载,Fmax,75KN,保证工件不变形,Fmax,46KN,保证密封圈正常工作,确定最大允许载荷,46KN,夹紧力必须在,18KN,至,46KN,之间,19,步骤,2,：确定目标夹紧力及公差,(22-42),目标值选定：,安全余量大小：安全等级要求高，夹紧力可以设置高一点,尺寸重量要求高：夹紧力可以偏小一点,一般可取中间值：（,18+46,）,/2=32KN,公差大小：,3.2KN 10%,取决于安全等级,越高公差越小,取决于摩擦系数公差,取决于工具精度,取决于装配策略,20,步骤,3,：根据夹紧力要求选择螺栓：,ISO898,1.,查询,ISO898,2.,选用,8.8,或者,10.9,级螺栓,3.M10,10.9,级在,37-38KN,，螺栓利用率在,85%,，风险较高,4,，,M12,，,8.8,，,82%,5,，,M12,，,10.9,，,60%,选择,M12 10.9,级的螺栓比较好,21,步骤,4,：设定目标扭矩,选择,M12,，,10.9,级的螺栓,当扭矩最小，摩擦系数最大时夹紧力最小,公差大小：,3.2KN,取决于安全等级,越高公差越小,取决于摩擦系数公差,取决于工具精度,取决于装配策略,22,步骤,4,：设定目标扭矩,当扭矩最小，摩擦系数最大时夹紧力最小，计算此时,Tmin=125*28.8/54=66.7,当扭矩最大，摩擦系数最大时夹紧力最大，计算此时,Tmax=117*35.2/55.6=74.1,扭矩范围,66.7Nm-74.1Nm,目标扭矩：,70.4Nm,扭矩精度：,5.26%,23,常见问题,1,：扭矩合格，装配不合格,Torque,扭矩,Nm,Tension,张力,KN,10,20,20,30,40,50,60,40,60,80,100,120,medium-oiled,轻度浸油,well-oiled,充分浸油,rough/not oiled,原始状态,Tension dispersal,张力的散布误差,50%,Final torque,目标扭矩,2%,由此得出一个重要的结论：如果其它的因素不能控制，仅仅控制扭矩是远远不够的！,定扭精度,2%,夹紧力误差,50%,结论：,仅仅控制扭矩是不够的,不能随便润滑螺栓,更换螺栓需要做摩擦力测试,润滑不足导致夹紧力不足,摩擦系数不同会几何级数级别的放大扭矩的误差,24,常见问题,2,：“扭矩”不足,现象：扭矩合格，产品依然夹紧力不足,原因：,扭矩未达到,扭矩衰减严重,螺栓强度不足,解决方案：,使用电动工具，有扭矩低报警,使用扭矩保持功能，降低衰减,采用正转,+,反转,+,最终拧紧方法,增加扭矩（在允许范围内）,提高螺栓等级，从,8.8,到,10.9,提高螺栓尺寸，从,M12,到,M14,使用两步拧紧,增加预拧紧,25,常见问题,3,：扭矩衰减,现象：装配扭矩合格，事后用扳手复检不合格,Time,原因：工件偏软，受力后变形，夹紧力变小,26,常见问题,4,：如何制定公差,问题：螺栓工位太多，公差不可能一致,方案：根据螺栓安全等级，质量，性能要求进行分级,螺栓分级,失效后果,常见工位,设备能力要求,标准连接,C,失效后可能造成品牌形象下降，客户抱怨,天窗系统，遮阳板，内饰等,1-,确保螺栓被正确的拧紧，精度一般在,15%-25%,2,需要对于装配进行计数，确保没有装配遗漏,关键连接,B,失效后可能导致车辆的某一功能下降或者丧失,变速箱,发动机，空调系统,3,需要保证连接的稳定，不仅仅是扭矩,OK,4,需要对螺钉进行计数，除了控制扭矩变量，还需要额外的监控变量（例如角度）,安全连接,A,失效后可能危及乘员以及行人的生命安全,车轮螺栓，转向系统，制动系统,5,需要控制扭矩或者角度变量，同时需要监控角度或者扭矩变量，所有生产数据需要被存储在服务器中用以追溯,6,零错误装配,27,More Than Productivity,