拧紧微课堂 | 高级拧紧控制策略的控制原理及应用(一)

拧紧微课堂
工业技术业务领域
中国

课程摘要 

夹紧力是最终保证装配合格的关键要素。但由于夹紧力很难直接控制,所以量产时,往往选用和夹紧力相关,且易于控制和监控的变量来进行螺栓拧紧。 

常用的拧紧方法 

1.Torque(扭矩法,T)  

2.Torque + Angle(扭矩角度法,TA)  

3.Yield(屈服点法,Y1/Y2)  

4.Snug Gradient  

5.Projected Angle  

6.PVT comp with snug 

在本节「拧紧微课堂」中,我们将介绍前两种拧紧策略。

 

1. 扭矩法 

 

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d:公称直径 

d2:中径 

P :螺距 

μth:螺纹摩擦系数 

β:牙型半角 

μb:螺栓头下支承面摩擦系数 

Db:螺栓头下支撑面摩擦有效直径 

从公式中可以看出,K的值会受摩擦系数的变化而改变。所以扭矩拧紧法,即使扭矩相同,摩擦系数不同会导致夹紧力不同。 

 

●优势 

–可直接使用扭力扳手进行拧紧,便于操作与控制。 

–广泛应用于非关键螺栓(C级)拧紧、手工拧紧和售后维修等场合。 

–对于给定的螺栓尺寸及等级,有标准扭矩可供选择。 

●劣势 

–由于摩擦系数的作用,夹紧力散差较大(+/-17%至+/-60%)。 

–螺栓利用率低(一般来说在 40% 到 75% 左右)。

 

2. 扭矩角度法 

●弹性段 

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在弹性阶段的扭矩角度法中: 

红色阶段:摩擦系数影响夹紧力。 

蓝色阶段:夹紧力转化只与角度相关,不受摩擦力影响(弹性形变内,转过相同的角度,螺栓螺母的伸长量压缩量将会相同,所以:增加的夹紧力也相同)。 

对比扭矩法,该方法产生的夹紧力受到摩擦力的影响较小。 

 

●屈服段

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如果角度法最终拧紧过屈服,转角和增加的夹紧力虽然不是线性变化,但仍遵循该螺栓螺母的拉伸特性。蓝色阶段,夹紧力的转化由角度直接影响。 

且螺栓进入屈服后,夹紧力随角度的变化减缓,从而获得的夹紧力更高的一致性。

 

●优势 

  1. 与扭矩法相比,降低摩擦系数对于最终得到夹紧力的影响,夹紧力散差小。 

  1. 弹性段+/-9% 至 +/-17%。 

  1. 屈服段 +/-3% 至 +/-8%。 

  1. 螺栓利用率高。 

  1. 如果螺栓有足够的变形长度,目标夹紧力 = 所需最小夹紧力,螺栓不会过载。 

●劣势 

  1. 不是对所有螺栓都适用:尤其是短螺栓及短自由螺纹的螺栓。 

  1. 需要进行连接件分析以明确合适的控制参数及零部件参数。 

  1. 对工具要求较高,成本投入较大,节拍相对较慢。 

  1. 在静态扭矩的检验上会产生一些不便;手工拧紧和售后维修等场合不方便操作。 

通过刚刚的讨论图解,不难发现,转角法拧紧过程中,夹紧力转化不确定部分为扭矩控制阶段。该阶段对夹紧力转化的影响越小,夹紧力的一致性就会越好。 

 

下面一节课,我们将介绍屈服点、Snug Gradient、Projected Angle等高级拧紧策略。