Bosch拧紧技术基础,螺栓紧固,扭矩转角法
拧螺丝原来是个技术活—螺栓的拧紧与控制技术详解
拧螺丝原来是个技术活—螺栓的拧紧与控制技术详解伺服电动系统内置了转矩、位置、速度三环控制,因其高转速、高扭矩、高精度而广泛应用于工控设备的传动、控制领域。
一、拧紧的基本概念1. 拧紧的基本要求有三点:1)连接件紧密贴合;2)能承受一定的动载荷;3)有足够的夹(压)紧力。
2. 拧紧过程的主要变量2.1扭矩(T):所施加的拧紧动力矩,单位牛米(Nm);2.2夹紧力(F):连接体间的实际轴向夹(压)紧大小,单位牛(N);2.3摩擦系数(U):螺栓头、螺纹副中等所消耗的扭矩系数;2.4转角(A):基于一定的扭矩作用下,使螺栓再产生一定的轴向伸长量或连接件被压缩而需要转过的螺纹角度。
3. 螺栓的主要参数3.1标准扭矩:对应于不同型号、不同规格、不同材质的标准螺栓,其标定条件下拧紧需要的扭矩大小,单位牛米(Nm);3.2预紧力:螺栓拧紧时所需要的轴向拉应力,单位牛(N);3.3屈服强度:或屈服应力,使螺栓开始产生塑性变形的拉应力大小,单位N/mm²;3.4抗拉强度:或抗拉应力,使螺栓拧紧失效甚至断裂的最小拉应力,单位N/mm²。
二、拧紧过程分析1、541规则参见图A:通常情况下,在螺栓的拧紧过程中,实际转化为螺栓夹紧力的扭矩仅占10%,其余50%用于克服螺栓头下的摩擦力,40%用于克服螺纹副中的摩擦力,这就是“541”规则,主要反映夹紧力与摩擦力之间的关系。
但若施加一定的改善措施(如涂抹润滑油)或螺纹副中存有缺陷(如杂质、磕碰等),该比例关系会受到不同影响而改变。
图A、541规则2、螺栓连接件的特性图B:螺栓连接件特性3、螺栓拧紧的影响因素根据541规则,螺栓是否真的被拧紧(或是否达到螺栓的预紧力),主要取决于螺栓与连接件之间的摩擦系数的变化,那么,能引起摩擦系数变化的可能性因素有哪些呢?1)螺栓头表面:含镀层、涂层等,是否光洁、平整?有无凸凹缺陷?有无锈蚀破损?等;2)螺纹副中:有无杂质、磕碰?螺纹工艺等级?等;3)连接方式:分为硬连接和软连接两种方式,比如垫圈、垫片的应用等;4)材料特性:主要与材料的硬度或刚性相关,也可广义地区分为硬连接和软连接方式;5)改善措施:比如涂抹润滑油、或对螺栓表面进行特殊处理等。
Bosch拧紧技术基础,螺栓紧固,扭矩转角法
Bosch拧紧技术基础,螺栓紧固,扭矩转角法Bosch拧紧技术基础,螺栓紧固,扭矩转角法。
1.简介1.1 Bosch拧紧技术概述1.2 螺栓紧固的重要性1.3 扭矩转角法的基本原理2.螺栓紧固的基本知识2.1 螺纹标准和种类2.2 螺栓紧固的分类2.3 摩擦力和预紧力的概念2.4 紧固元件的选用原则3.扭矩转角法的原理与应用3.1 扭矩转角法的基本原理3.2 扭矩转角法在螺栓紧固中的应用3.3 扭矩转角法的优势和限制4.Bosch拧紧技术工具4.1 电动扳手的特点和分类4.2 扭矩扳手的原理和应用4.3 扭矩转角测量仪的使用方法4.4 其他辅助工具和设备的介绍5.拧紧过程的控制和监测5.1 拧紧力矩的控制方法5.2 拧紧过程中的质量控制和问题排查5.3 拧紧工艺和参数的优化6.附件附件1：扭矩转角法操作指南附件2：Bosch拧紧技术工具选型手册法律名词及注释：1.著作权：著作权是对著作权利人依法享有的与其著作有关的权益的统称。
2.商标：商标是在商品或服务上以区别于他人的标记，包括商标名称、商标图案等。
3.专利：专利是指对发明者在技术领域所做的新的技术方案的一种专有权利保护。
4.侵权：侵权是指他人在未经著作权人或专利人授权的情况下，对其著作权或专利权进行非法侵害。
附件：附件1：扭矩转角法操作指南附件2：Bosch拧紧技术工具选型手册法律名词及注释：1.著作权：著作权是对著作权利人依法享有的与其著作有关的权益的统称。
2.商标：商标是在商品或服务上以区别于他人的标记，包括商标名称、商标图案等。
3.专利：专利是指对发明者在技术领域所做的新的技术方案的一种专有权利保护。
4.侵权：侵权是指他人在未经著作权人或专利人授权的情况下，对其著作权或专利权进行非法侵害。
螺栓转角法拧紧工艺介绍！
螺栓转角法拧紧工艺介绍！螺纹副联接是汽车、内燃机、压缩机等众多机械行业裝配作业所广泛采用的一种方法，为确保装配的质量，必须对螺纹副的拧紧状态予以控制。
01拧紧工艺的介绍及选择现今用于控制螺纹拧紧的方法主要有扭矩法，扭矩-转角法，屈服点法及螺栓伸长法等四种。
其中，螺栓伸长法虽然最为准确可靠，但由于难以在实际的装配机械上实现,故至今尚未用于生产。
相比之下，扭矩法因简单易行，长期以来一直是螺纹副装配中最常用的方法。
但随着对装配质量要求的不断提高，扭矩法的不足也越来越多地暴露出来。
因此，近十年来，重要场合下螺栓联接所采用的拧紧工艺基本由扭矩-转角法所取代，大大提高了产品的装配质量。
02拧紧工艺理论开发事实上，扭矩-转角法主要通过将螺栓拉长在超弹性极限，达到屈服点，以实现既充分利用材料强度，又完成了髙精度拧紧控制的目的。
以轿车发动机为例，在现代汽车厂的发动机裝配线上，关键键螺栓联接，如主轴承盖、缸盖、机油滤清器支架、曲轴轴头等的拧紧工艺都为扭矩-转角法。
其中以连杆螺栓为例，连杆螺栓初始轴向预紧力设计为23kN min，螺栓为磷化全螺纹螺栓。
为了研究夹紧力的变化，通过实验测得该螺栓的拧紧扭矩和螺栓旋转角度的关系曲线，如图2所示。
图2螺栓扭矩和转角关系曲线根据图2该螺栓实测的扭矩和螺栓旋转角度的关系曲线，以及转角法拧紧工艺的控制原则，即将螺栓拧紧拉伸进入屈服阶段，制定了3种扭紧方案，具体见表1:通过扭紧试验，3种方案均满足理论计算时要求的23kN,按方案1、方案2扭紧工艺安装的螺栓均进入屈服状态，单个螺栓产生的夹持力28kN-30kN之间，按方案2扭紧工艺下扭紧安装的螺栓在屈服点附近，单个产生夹持力为25kN-27kN，3种方案夹持力对比见图3,伸长量对比曲线见图4。
螺栓的轴向预紧力越大，其抗松动和抗疲劳性能越好，方案3轴向力小于方案1、方案2，且该方案扭紧的螺栓在就屈服点附近，存在一定的不稳定因素，所以方案3放弃。
螺栓基本拧紧技术
σδ1
δ1
δ2
变形
12
2018-12-02
Joint Diagrams
施加的扭矩并不象夹紧力那么简单
力 (F), 力臂 (L) = 扭矩(M) 螺栓旋转的越多，得到的扭矩越大
但是,
• 90% 的扭矩被摩擦力消耗 • 只有10%的扭矩转化为夹紧力
夹紧力, 10% 螺纹副中的摩 擦了, 40% 螺栓头下表面的 摩擦力, 50%
33
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原因:静态摩擦力
40
20 时间
X=92,43
=1,13
26
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硬连接
装配 (动态) 102.6 102.6 101.4 101.2 102.4 100.9 102.1 102.4 101.0 101.8 101.84 0.67 2.01
手测 (静态) 112 110 111 110 113 109 110 111 113 112 111.1 1.4 4.1
• 施加的扭矩过大会使螺 栓过度伸长 • 安全余量取决于:
– 拧紧精度 – 材料等级
Torque
Angle of rotation
18
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螺栓标识系统
生产商 第一个数 = 1/100 的最小抗拉 强度 (N/mm2) 100×8 = 800 N/mm2 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/mm2
扭矩
扭矩 = OK 角度 = 过低
扭矩 = OK 角度 = 过高
角度
32
2018-12-02
结论：
螺栓装配质量对产品的最终质量有着直接影响
扭矩知识基础
110
111 113 112 111.1 1.4
2.01
4.1
数据分析
软连接
静态扭矩低于动态扭矩
装配 (动态)
手测 (静态)
100.2
100.5 100.7 100.3 100.4 100.8 100.5 100.2 100.2 100.4
88
84 92 86 90 88 86 85 84 84
均值 标准偏差 (Sigma) 3 Sigma
Time
材料弹性松弛会使夹紧力衰减!
第二章 螺栓连接的方式
扭矩衰减
牛米
工具断开 衰减
时间
扭矩衰减:拧紧工作完毕后发生在紧固件上的扭矩降低现象即为扭矩衰减,衰减 后的扭矩低于目标值但较为稳定,一般在拧紧操作完成后的30ms内会完成60%以 上的扭矩衰减。 对于任何连接，随着时间的推移，都会有一定程度的扭矩衰减，一般发生在以 下两种情况中：1、粗糙的表面配合时造成的衰减；2、软连接中的扭矩衰减。
母承压面等各个螺纹联接处的摩擦系数的变化。
在实际应用中，摩擦力的离散状态非常严重，所以预紧力的离散值往往可以 达到±20～30%，为了保证一定的预紧力，在用扭矩法控制的螺纹联接中往往
采用较高的设计余量，以此弥补扭矩控制带来的偏差。
目前大多数非关键部位的螺纹联接仍使用扭矩法。
4.2 扭矩-转角控制法
求也非常高：
紧固必须是专门为屈服点拧紧设计的 螺栓能达到塑性延伸
螺纹摩擦必须明显小于头部下方的摩擦
螺栓头和螺纹的材料不允许变形
4.4 质量保证法
质量保证法
质量保证法是通过测量螺栓的伸长量来确定是否 达到屈服点的一种控制方法，虽然每一个螺栓的 屈服强度不一致，也会给拧紧带来误差，但其误 差一般都非常小。 在螺栓伸长法中所采取的测量螺栓伸长量的方法 ，一般是用超声波测量，超声波的回声频率随螺 栓的伸长而加大，所以，一定的回声频率就代表了一定的伸长量。图11就 是螺栓伸长法的原理，由于螺栓在拧紧和拧松时，用超声仪所测得的回声 频率随螺栓的拧紧（伸长）和拧松（减小伸长量）而发生变化的曲线并不 重合，同一螺栓轴向预紧力的上升频率低于下降频率。这样，在用来测量 螺栓的屈服点时应予以注意。该法已在日本的生产中得到应用。
螺栓紧固扭矩转角法的技巧
螺栓紧固扭矩转角法的技巧螺栓紧固是机械结构中常见的连接方式，它能够使零件稳固地连接在一起。
而螺栓的紧固程度，则需要通过正确的扭矩和转角来确保。
本文将介绍螺栓紧固扭矩转角法的技巧，以帮助读者更好地理解和应用这一方法。
一、什么是螺栓紧固扭矩转角法？螺栓紧固扭矩转角法，又称作“T and K法”，是一种常用于紧固螺栓的方法。
它通过给定一个初始扭矩，然后再加上一个特定的角度来完成螺栓的紧固。
这个特定的角度通常被称为转角。
二、螺栓紧固扭矩转角法的原理螺栓紧固扭矩转角法的原理是基于螺纹紧固过程中的变形特性。
螺栓在扭紧过程中，会经历弹性阶段、塑性阶段和断裂阶段。
其中，塑性阶段是指螺栓的拉伸过程，而弹性阶段是指螺栓在一定范围内能够恢复原状的阶段。
通过给定一个初始扭矩，可以将螺栓的初始预紧力带入到塑性阶段。
而通过给定一个特定的角度，可以让螺栓在紧固过程中产生正确的附加拉伸量。
这种通过角度的控制来确定螺栓紧固程度的方法，就是螺栓紧固扭矩转角法。
三、如何正确应用螺栓紧固扭矩转角法？1. 选择合适的装配方法在使用螺栓紧固扭矩转角法之前，首先需要选择合适的装配方法。
常用的装配方法有手动扳手、电动扳手和液压扳手等。
选择合适的装配方法可以提高工作效率和紧固质量。
2. 了解规范要求在进行螺栓紧固之前，需要仔细阅读产品规范要求。
规范要求通常会给出螺栓的扭矩和转角数值范围，以及其他注意事项。
了解规范要求对于正确应用螺栓紧固扭矩转角法非常重要。
3. 校准扳手和检查螺纹在进行螺栓紧固之前，需要确保扳手的扭矩已经校准并符合要求。
同时，还需要检查螺栓和螺孔的螺纹是否完好无损，以免影响紧固质量。
4. 设置初始扭矩根据规范要求，设置初始扭矩。
初始扭矩是在紧固的初始阶段，给螺栓带来一定的预紧力。
5. 旋转至特定角度在设置好初始扭矩后，需要继续旋转螺栓至特定角度。
这个特定角度通常根据产品规范要求来确定。
可以使用角度转角表或电子转角扳手等工具，来确保转角的准确性。
拧紧技术介绍
Atlas电动工具的拧紧网络系统设计
底层总线结构
Ethernet TCP/IP für SDOK Server Interbus zur Fördertechnikanbindung PF3000 Master RS232 Scanner
ü IO Expander ber mehr mö glich
连接件
扭矩 (Nm)
塑性拧紧 弹性拧紧 屈服点
预拧紧
贴合点
拧紧角度值 (o)
抗拉强度 / 屈服
应力 N/mm²
抗拉强度
失效 75 % 抗拉应力 100* 8=800 N/mm2 屈服应力 800* 0,8=640 N/mm2 屈服 弹性区
拉伸度
螺栓连接形式
Torque
X Nm
< 30 deg
Hard Joint
Torque
Cp & Cpk
High Cp-value Low Cpk-value
High Cp-value High Cpk-value
Demands vary in MVI : Ford accept Cpk > 1.33 Volvo accept Cpk > 2
能力计算
We did a test on a joint that should be tightened at 50+/- 5 Nm. We got an average of 49 Nm and =0.8 Nm.
屈服点控制法
优点：屈服点控制法的优点是将螺栓拧 至其屈服点,最大限度地发挥了螺 纹件强度的潜力。
缺点：屈服点法对拧紧全过程进行控制和监 测。它对干扰因素比较敏感, 同时对螺 栓的性能及结构设计要求极高, 控制难 度较大。因此拧紧工具价格十分昂贵。
螺栓扭矩转角法拧紧专题讲座
根据螺栓的分布、数量和装配要求，制定详细的拧紧顺序和 方案。
拧紧过程中的监控与调整
监控拧紧过程
在拧紧过程中，实时监测螺栓的扭矩和转角变化，确保达到预设的拧紧要求。
调整拧紧参数
根据监控结果，及时调整拧紧设备的参数，如扭矩、转速或预转角等，以确保 螺栓的拧紧质量。
04 螺栓扭矩转角法拧紧质量 控制
螺栓扭矩与转角呈线性关系， 随着转角的增加，螺栓扭矩逐 渐增大。
在一定范围内，扭矩与转角成 正比，超出该范围后，扭矩增 长速保螺 栓连接的可靠性和稳定性。
预紧力的计算
预紧力是螺栓拧紧后对被连接件施加的作用力，是保证螺栓连接可靠性的重要参数。
螺栓扭矩转角法能够提供更准确 的预紧力，从而减少因预紧力不
足或过大而引起的连接问题。
适用范围广
该方法适用于各种不同的螺栓规格 和材料，能够满足各种不同的拧紧 需求。
安全性高
通过控制螺栓的扭矩和转动角度， 可以确保螺栓不会因过大的预紧力 而断裂或因过小的预紧力而松动。
02 螺栓扭矩转角法拧紧原理
螺栓扭矩与转角的关系
06 螺栓扭矩转角法拧紧发展 趋势与展望
新材料对拧紧的影响
高强度材料
随着新材料如钛合金、复合材料的广泛应用，螺栓扭矩转角法拧紧需要针对这些材料的特性进行优化，以确保紧 固效果。
耐腐蚀材料
对于在腐蚀环境中使用的材料，如海洋工程中的金属材料，需要开发特殊的拧紧技术以抵抗腐蚀影响。
智能化拧紧技术的应用
03 螺栓扭矩转角法拧紧实施
拧紧设备的选择与校准
拧紧设备的选择
根据螺栓规格、拧紧要求和工况条件 ，选择合适的拧紧设备，如电动、气 动或液压扳手。
拧紧设备的校准
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Underhead friction approx. 40% . . . 50%螺栓头 摩擦
Clamp load 夹紧力
Electric Drives and Controls
© Alle Rechte bei Bosch Rexroth AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
Rexroth tightening and Press-fit Systems
- Tightening basics -
BOSCH拧紧技术基础
Your speaker: Michael Rust
Demands of a bolted joint螺栓连接的要求
Demands of a bolted joint螺栓连接的要求
FM max
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Influence of friction 摩擦的影响(扭矩法举例)
Tightening Torque 扭矩 100%
Approx. 10%
Underhead and thread
friction influence essentially the clamp load, i.e. up to 90% friction losses may appear using torque controlled tightening methods螺纹摩擦和螺栓头摩擦 影 响至关重要的夹紧力,如使用扭矩法 大约90%的摩擦力会损失掉
Æ
Factors influencing clamp load影响夹紧力的因素
Factors influencing clamp load影响夹紧力的因素
Friction 摩擦
Unreliable Assembly Technique 不可靠的拧紧技 术 Setting 内部应力释放
– Rough surface粗糙表面 – Poor quality screws质量差的螺栓 – Unsuitable material不合适的材质
f Maximum torque of the tightening spindle and minimum friction Î FM max
点2, 最小的摩擦和最大的扭矩=> FM max(最大夹紧力)
工件不会被夹变形的最大力
0
0
10
20
30
40
50
60
70 FM [kN]
FM min Δ FM
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– Inaccurate or unsuitable tools精度差或不合适 的的工具 – Poor quality screws质量差的螺栓 – Inaccurate workpieces精度差的工件
– Design flaws产品设计缺陷 – Unsuitable material pairing不合适的材料匹配 – Incorrect tightening methods不正确的拧紧加工 方法
Temperature 温度
--Different coefficient expansion不同的膨胀系数 – Incorrectly dimensioned bolted joint尺寸不正确 的工件连接
Incorrect tightening system 不正确的拧紧工具形式 选型
-- Clamp load too low or too high会导致夹紧力太 低或太高
Tightening basics
Variation of assembly-clamp load for torque controlled tightening扭矩法的夹紧力变化
K = 0,14大摩擦
T [Nm]
100
80 TA max TA min
40
Δ TA
1
μ
G
andμ fμor
μ
for
VDI 2230, tightening factor =F max/F min. 拧紧因数
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伺服拧紧扳手和先进的拧紧方法针对某些拧紧应用场合是必须的，并不是气动工具的简单升级替代 及只为增快生产节拍,
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and
= μK
0,10
小摩擦
2μ G
ΔFM(μ)
20
f Safe process(安全的工艺质量)
for:f Minimum torque of the
tightening spindle and 点m1a, x最im大um摩擦fric和tio最nÎ 小的FM扭m矩in => FM min(最小夹紧力) 已连接工件不会松开的最小力
Important tightening factors 拧紧因素
Torque 扭矩
Clamp load夹紧力
产品真正要的是夹紧力, 不是扭矩)
Under head friction
头下摩擦
Setting 内部应力释放
(黄色位置)
Thread friction螺纹摩 擦
Electric Drives and Controls
Load extension diagram (VDI 2230) 夹紧力延伸图
FM
Clamp load夹紧力
fSM
Elongation force of the
screws螺栓的伸长力
Can be loosened without destruction 螺栓松开后工件不会有变形 High constant clamp load,高一致性不变化的夹紧力
(高质量车真正需要的是合适的不变的夹紧力,不是扭矩值不变,扭矩值是表象, 夹紧力 无法实际测量,只能通过扭矩值来实现可测量,但受不同形式和材质的螺栓的摩擦力的 影响,实际的夹紧力只能通过不同的加工工艺和设备来实现,如转角法,高品质设备)
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设计产品时, 要考虑: 用几个螺栓, 最大可用螺纹直径(考虑空间)
A max. permissible force of Fmax can be calculated taking into
consideration the stress cross section of bolts and number of bolts.
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Æ
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最大可允许的力 在考虑了螺栓的横面强度/应力和螺栓数量后,可计算得到
The clamp force can not be measured directly during tightening
process.
But, It relays directly on the torque. 夹紧力不能直接测量, 只能通过扭矩和转角来间接获得
From design ,you need to consider
1, min./max. number of bolts 2, their max. threads value result from the design condition ,i.e. the