螺纹扭矩.pdf

1螺纹联接技术及工艺螺纹联接技术及工艺林 湖上海大众汽车有限公司2螺纹联接技术及工艺目录1.螺纹联接技术概述2.装配工艺开发及过程控制3.螺纹联接力学及轴向力设计4.紧固件生产工艺及摩擦系数5.紧固松弛及预防措施3螺纹联接技术及工艺1.螺纹联接技术概述紧固载荷紧固载荷剪切力剪切力/侧滑力紧固载荷剪切力侧滑力紧固载荷剪切力/侧滑力侧滑力紧固压紧力紧固压紧力紧固压紧力紧固压紧力1.1 螺栓连接受力示意图4螺纹联接技术及工艺1.2 螺纹联接紧固扭矩分配示意图螺母螺母&摩擦力摩擦力55%夹紧载荷夹紧载荷10%螺纹摩擦螺纹摩擦35%Friction coeff.0,080,14Clamping force20%12%Thread friction35%39%Head friction45%49%5螺纹联接技术及工艺1.3 理论公式理论公式+=wwpspwwsspdtgdcosdF21dtgcos1tgcosd2FT式中：s为螺纹副摩擦系数；w为端面摩擦系数；dp为螺栓有效直径,粗牙螺纹，dp0.906d,细牙螺纹，dp0.928d；dw为端面摩擦圆等效直径，dw=2i2u3i3udddd321.3d；du、di分别为摩擦圆的外径及内径；d为螺纹公称直径；为螺纹升角,粗牙螺纹250，细牙螺纹210 为垂直截面内的螺纹牙形半角，约为2958 6螺纹联接技术及工艺1.4 等效应力普通粗牙螺纹：=015时，v1.28 螺栓在拧紧时受到的是拉-扭复合应力。根据第三强度理论，螺栓许用的等效应力v为：22v3+=将)cos(+tgFd21Tsps，并取 tg=0.05、dp=1.05ds代入上式可得：2ssv617531031+=.若假设 Ts=50%T，并取 ds=0.863d,dp=0.906d,则：2vK2161.+=7螺纹联接技术及工艺1.5 ISO 16047/DIN 946/GB 16823 Standard of Torque-Tension testerItems to be measuredTightening characteristicswhich may be determinedC lampforce(Ff)Tighteningtorque(Tf)Threadtorque(TS)Bearingsurfacefrictiontorque(TW)Rotationangle(f)C lauseTorque coefficient (K)-9.1Total friction coefficient-C oefficient of friction be-tween(S)-9.2C oefficient of friction be-tween bearing surfaces(W)-9.3Y ield C lamp force(Ffy)-9.4Y ield tightening torque(Tfy)-9.5Ultimate clamp force(Ffu)-9.6Ultimate tighteningtorque-8螺纹联接技术及工艺1.6 车轮螺栓摩擦系数测试01000020000300004000050000-100-50050100Clamping force in NTotal torque in Nm0.030.030.040.027.447.434640.070.05R0.280.220.140.1843.1374.3242623.13110.06max.0.250.200.100.1635.6966.8837983.06110.00min.0.010.010.010.012.272.261556.480.02s0.260.210.120.1740.4169.6240162.88110.03xNmNmNNmn=10K Step 2H Step 2thread Step 2tot Step 2Tqt Step.2TqH Step 2Ts Step 2Tq Step 2Sub-series#29螺纹联接技术及工艺1.7 粗螺纹/细螺纹比较粗螺纹粗螺纹 细螺纹细螺纹 减小螺纹交叉的可能性 高强度螺纹，受制造误差影响小 螺栓螺母配合等级差错可发现 可快速拆装 与低强度螺母或有螺纹孔的材料相配合时，强度更高 可承受恶劣的工作环境 允许更厚的镀层 脆性材料更易加工 首腐蚀后，能承受更强的意外损失 螺距增加，螺纹根部应力集中减小 受毛刺影响小 成本少，标准滚丝模具 常用螺距提高通用性 具有较好的轴向调节能力 相同尺寸下，可提供更大的锁紧力 螺旋升角小，可在较小的扭矩下提高压紧力，同时可提高抗松动性 具有较高的扭转力和横向剪切力 可更好连接薄壁件及高硬度件 螺纹可更接近螺栓头 不易松动 10螺纹联接技术及工艺2.螺纹联接装配工艺及过程控制Stage 1PrevailingTorqueStage 2Draw DownStage 3ElasticStage 4Plastic 0.2%b kFbFyFpO2.1 螺纹联接拧紧的几个阶段11螺纹联接技术及工艺2.1 扭矩法控制/角度监控12螺纹联接技术及工艺Torque control methodTorque thresholdHigh limitLow limitTarget torque13螺纹联接技术及工艺Torque control/angle monitoring methodHigh limitLow limitTarget torqueFinal angleHigh limitLow limitTorque threshold14螺纹联接技术及工艺2.2 角度法控制/最终扭矩监控15螺纹联接技术及工艺Angle control methodHigh limitLow limitTorque threshold16螺纹联接技术及工艺Angle control/torque monitoring methodControl angleCRefTarget angleHigh limitLow limitTarget torqueHigh limitLow limitTorque threshold17螺纹联接技术及工艺2.3 脉冲装配方式18螺纹联接技术及工艺2.4 Yield-point control methodCRefTorque thresholdLow limitHigh limitHigh limitLow limitYield detectedYield durationShutoff pointSample frequencyYield detectedYield duration19螺纹联接技术及工艺2.5 预负载(自锁)螺母扭矩监控PTM low torque limitPTM high torque limitThreshold torquePrevailing torque windowPTM angle 1PTM angle 2Pre-fastening threshold torque20螺纹联接技术及工艺2.6 自攻螺纹扭矩监控Fastening threshold torquePre-fastening threshold torqueSTM low torque limitSTM high torque limitSTM Angle21螺纹联接技术及工艺TorqueSTM high torque limitSTM low torque limitPrefasteningthreshold torqueSTM AngleFastening threshold torque自攻螺钉装配图:开始时阻力大,金属件中螺纹成形后，阻力减小.22螺纹联接技术及工艺2.7 过程控制参数安装参数（拧紧参数）安装参数（拧紧参数）WA最大公差上限WA最小公差下限WA拧紧旋转角度MVA最大公差上限MVA最小公差下限MVA预拧紧扭矩（只在采用旋转角拧紧法时）MA 最大公差上限MA 最小公差下限MA拧紧扭矩代号：含 义：23螺纹联接技术及工艺控制参数（实际值）控制参数（实际值）电控脉冲拧螺栓机Pist脉冲数量实际值朝松开方向ML松开力矩WVAist预拧紧扭矩实际值WAist拧紧旋转角实际值MAaist拧紧力矩实际值MEist拧入力矩实际值说明：代号：含义：24螺纹联接技术及工艺其它螺栓紧固参数其它螺栓紧固参数导致螺纹破坏的扭矩（如：攻螺纹螺钉或螺母）MMW超扭矩拔掉力矩在拧紧方向上MLB起动力矩致使螺栓拉断的扭矩MAR拉断力矩测试力矩（如：测试带夹紧件的螺母或在使用化学防松剂时）MAUMAB拧紧力矩拧松力矩能攻出螺纹的螺钉MF(Ma)螺纹成型力矩说明：代号：含义：25螺纹联接技术及工艺检测参数给连接做上记号，松开（1030）并再次拧紧至记号处。MR剩余扭矩MNA2max公差上限MNA2min公差下限第1应力之后MNA2再拧紧扭矩2MNA1max公差上限MNA1min公差下限第1应力之前MNA1再拧紧扭矩1说明代号含义26螺纹联接技术及工艺2.8 过程控制的实施在拧紧系统的过程安全评估中，必须把三个不同的参数组相互区分开来。a安装参数:安装值通过图纸给定，如紧固扭矩。b控制参数:旋转角度或拧紧扭矩用于螺栓状况监控以便识别螺栓紧固错位。c检测参数:这些参数在成品上测试（再拧紧扭矩继续紧固扭矩MNA1/MNA2）。检测参数必须由参数的使用者检测，不许直接援引图纸上列出的安装参数。27螺纹联接技术及工艺3.螺纹联接力学3.1力学三角形及外载荷为拉力时分布28螺纹联接技术及工艺3.2 外载荷为压时受力情况29螺纹联接技术及工艺3.3 不同装配工艺在轴向力设计上的要求（最小功能要求）以计算基础和摩擦值为基础15151565旋转角控制手动，在延伸极限内151513约100旋转角控制手动153550扭矩控制，手动拧紧旋转角WA度拧紧力矩MA预拧紧扭矩MVA备注极限公差预应力控制（参考值）6）螺栓效率(参考值)安装拧紧法设计要求:螺栓连接的尺寸确定和螺栓的拧紧方式方法是相互关联的。一旦决定了拧紧方法，也就同时规定了螺栓连接的安装要求。由此产生了在设计时必须考虑到的螺栓（利用）效率：约100超弹性拧紧方法5090 低于屈服极限的拧紧方法30螺纹联接技术及工艺4.4.高强度高强度紧固件生产工艺及摩擦系数?4.1 高强螺栓所用材料?高强螺栓常用的钢材牌号如下：?88级螺栓用35钢、45钢、ML35钢?109级螺栓用35CrMo、40Cr?129级螺栓用35CrMo、42CrMo?4.2 高强螺栓生产工艺?高强螺栓生产工艺流程如下：?(1)冷镦螺栓：球化退火冷拔冷镦成型淬火和回火加工螺纹表面处理?(2)热镦螺栓：冷拔热镦成型六角整形淬火和回火加工螺纹表面处理31螺纹联接技术及工艺4.3 滚压螺纹 vs.切削螺纹?滚压螺纹由塑性变形形成?滚压螺纹提高了抗疲劳强度和螺纹的剪切强度?不同形式的螺纹螺纹摩擦力也不同32螺纹联接技术及工艺4.4 4.4 现阶段紧固件表面处理方式现阶段紧固件表面处理方式?非电解镀层非电解镀层:?热浸镀、热浸镀、?渗镀、渗镀、?机械镀机械镀?DacroDacro烧结膜等。烧结膜等。?电解镀层电解镀层:?镀锌、镀锌、?锌镍合金、锌镍合金、?锌铁合金等锌铁合金等?磷化处理磷化处理?发黑处理发黑处理33螺纹联接技术及工艺4.5 表面覆料的扭拉关系/surface coating torque-tension curves34螺纹联接技术及工艺4.6 不同汽车公司对摩擦系数的规定0.300.320.220.240.260.280.160.180.190.20Volvo/FordGM/OpelVW/BMW0.060.100.120.14Honda/Toyota0.0835螺纹联接技术及工艺5.扭矩检测连接形式连接形式 扭矩旋转角度扭矩旋转角度 硬连接 0-45 度 中等硬连接 46-90 度 中等连接 91-240 度 中等软连接 241-360 度 软连接 360+度 5.1 ISO 5393/连接形式分类表36螺纹联接技术及工艺5.2 动态,静态和残余扭矩的关系扭矩紧固件旋转角度扭矩紧固件旋转角度动态扭矩静态扭矩残余扭矩动态扭矩动态扭矩静态扭矩残余扭矩动态扭矩静态扭矩静态扭矩残余扭矩残余扭矩硬连接软连接硬连接软连接动态摩擦力:运动中的两工件相对运动的阻力静态摩擦力:静止状态的摩擦力;一种力促使两工件相对运动-静态摩擦力就是阻止这种相对运动的力.有时指约束力37螺纹联接技术及工艺5.3 扭矩检查峰值扭矩与滑动扭矩38螺纹联接技术及工艺5.4 车轮螺栓扭矩检查(97%Max Torque)0246810050100150Angle(summary)in Total torque in Nm39螺纹联接技术及工艺6.1 松动原因：预紧力不足；振动或交变载荷导致螺母（螺栓）回转；螺栓在预紧载荷及服役载荷（温度）作用下产生蠕变伸长；被联接件在预紧载荷及服役载荷作用下产生蠕变减薄。6.联接松弛联接松弛40螺纹联接技术及工艺6.2 横向载荷引起螺栓回转松动FoFaFoFaFsFfFdFfFdFs=0Ff=FdFs0FfFd平垫密封O形圈密封41螺纹联接技术及工艺确保预紧力、提高预紧力：普遍有效涂胶：适用于振动或横向导致的回转类松动螺栓减细：适用螺栓伸长及被联接件减薄的场合改进结构：防止切向载荷、平垫改镶圈防松紧固件：异形牙螺母、镶圈螺母、开槽螺母、带齿螺栓头（螺母）6.3 防止松动的措施42螺纹联接技术及工艺谢谢!YuTian Road,Anting,Shanghai,China,Zip 201805Phone:[phone] Fax:[phone]E-mail:L