扭矩控制

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生产现场软硬连接动静态扭矩测量结果比较 1硬连接：装配A线OP410凸轮轴链轮螺栓和惰轮螺栓 扭矩衰减小，静态摩擦大，静态扭矩偏高 动静态扭矩比较如下
2 软连接：装配A线OP480排气歧管螺母 扭矩衰减大，静态扭矩偏底 动静态扭矩比较如下：
扭矩控制法的优点是：控制系统简单， 易于用扭矩长安其或高精度的扭矩扳手 来检查拧紧的质量。其缺点是：螺栓轴 向预紧力的控制精度不高，不能充分利 用材料的潜力。
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一、扭矩控制基本原理概述
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一、扭矩控制基本原理概述
引言
在汽车制造业中，将各种汽车零部件装配成整车的过程，需要很多种不同类型 的连接，比如焊接、螺栓连接和粘胶连接等。其中螺栓连接是最重要的连接方法之 一。 螺栓连接的实质是通过将螺栓的轴向预紧力控制到适当范围，从而将两个工件 可靠地连接在一起。为了确保螺纹连接的刚性、密封性、防松能力和受拉螺栓的疲 劳强度，连接螺栓对预紧力的精度要求是相当高的,所以轴向预紧力是评价螺栓连接 可靠性的重要指标。轴向预紧力的最低限是由连接结构的用途决定的，该值必须保 证被连接工件在工作过程中始终可靠贴合。轴向预紧力的最高值必须保证螺栓及被 连接工件在预紧和工作过程中不会发生脱扣、剪断和疲劳断裂等损坏。由于轴向预 紧力不方便现场测量监控，现在主要是通过控制螺栓的拧紧扭矩来达到控制预紧力 的目的,扭矩的控制可通过动态扭矩和静态扭矩两种方式进行监控。 通过扭矩监控过程控制及Q-das系统的应用，可以在实际装配生产中及时有效识 别出各类扭矩报警问题，也有利于追溯可疑发动机的相关信息并进行风险评估。通 过不断调整扭矩监控控制线可以及时发现各种缺陷，优化生产线装配工艺。
要想得到规定的预紧力，应进行大量的试验求出拧紧扭矩系数的实际值，通过以上关系计算，把一定大小的扭矩施加到螺 母上就能得到，通过试验和数学分析得出，汽车用螺纹紧固件拧紧扭矩系数的平均值为0.284。
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一、扭矩控制基本原理概述
三、扭矩与预紧力及摩擦系数关系
从上图中可以看出摩擦系数,预紧力与最终扭矩之间的关系.如果螺栓强度最大,摩擦系数最小,则产生最大预紧力,反之,如 果螺栓强度最小,摩擦系数最大,则产生最小预紧力.如果螺栓强度最小,摩擦系数最小,将产生最小最终扭矩,反之,如果螺栓强度
最大,摩擦系数最大,将产生最大最终扭矩。(T=KF,K值随摩擦因数u的增大而增大)
从上图中图示分析可知，生产现场使用的螺栓不能随便涂油，这样可能会导致螺栓预紧力增大而被拉断，同时螺栓也不能随便 烘干，这样可能会导致螺栓预紧力降低，从而达不到夹紧要求。 SGM Confidential Page 5
一、扭矩控制基本原理概述
夹紧力
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一、扭矩控制基本原理概述
装配拧紧的实质是通过螺栓的轴向预紧力将两个工件（如缸盖与缸体）可靠地联接在一起，因此，对轴向预紧力的准确控制 是保证装配质量的基础。通过控制拧紧扭矩间接地实施预紧力控制的方法由于受到摩擦系数等多种不确定因素的影响，导致对轴 向预紧力控制精度低。此外，出于安全考虑，最大轴向力在设计时一般设在其屈服强度的70%以下，实际值往往只有30~50% 。 在拧紧螺母时，其拧紧扭矩M需要克服被旋合螺纹间的摩擦力矩和螺母与被连接件（或垫圈）支承面间的摩擦力矩，并使连 接产生预紧力P，它们的关系为
四、常见扭矩控制方法
分析左表可知，当拧紧扭矩T的误差为±0%时，螺栓轴向预紧力 的误差最大可以达到±27.2%。因此，试图用扭矩控制法来保证 高精度的螺栓拧紧是不现实的想法。此外，有试验比艾米娜，在 拧紧发动机缸盖的螺栓时，用相同的扭矩拧紧，其螺栓轴向云尽 力的数值相差最大可能达到一倍。
不同扭矩系数值对F与T的精度的影响
3)屈服点控制法（TG） 屈服点控制法是把螺栓拧紧至屈服点后，停止拧紧的一种方法 。它是利用材料的屈服现象而发展起来的一种高精度拧紧方法。这 种控制方法，是通过对拧紧的扭矩／转角曲线斜率的连续计算和判 断来确定屈服点的。 螺栓在拧紧的过程中，其扭矩／转角的变化曲线见右图。真正 的拧紧开始时，斜率上升很快，之后经过简短的变缓后而保持恒定 （ａ－ｂ区间）。过ｂ点后，其斜率经简短的缓慢下降后，又快速 下降。当斜率下降一定值时（最大值的二分之一），说明已达到屈 服点（Ｑ点），立即发出停止拧紧信号。屈服点控制法的拧紧精度 是非常高的，其预紧力的误差可以控制在±４％以内，但其精度主 要取决于螺栓本身的屈服强度。 4)质量保证法（QA） QA法是通过测量螺栓的增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ＱＡ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。右图就是ＱＡ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。
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图 4
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螺拴与连接件的关系
螺拴和连接的变形
轴向工作载荷的影响
螺栓连接的变形关系
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七、DYPT扭矩控制基本方法
1.扭矩控制角度监控。
在扭矩控制法中，把拧紧扭矩作为拧紧的控制参数，而 把从某一扭矩开始到达到目标扭矩拧紧结束,螺钉（螺母 ）拧紧的角度作为监控值，这种对拧紧角度进行监控的方 法叫扭矩控制角度监控。 在正常情况下，拧紧达到扭矩要求前一段区间内，力 矩和角度基本为线性变化，变化率基本上恒定。变化率与 零件的材料、间隙、摩擦因数、毛刺、磕碰伤、操作方法 等都有一定的关系，其关系式如下：
五、螺栓连接方式及相应动静态扭矩关系
1)硬连接：是指连接件硬度比较大，是刚性的接合面贴合好的连接，一般不存在扭矩衰减，可能 还有扭矩反冲，螺纹副贴合后旋转角度<30°即可达到目标扭矩; 静态扭矩大于动态扭矩，主要是由于静态摩擦系数大于动态摩擦系数. 2)软连接：是指连接件本身比较软或者是连接件中间存在橡胶件等弹性原件，存在扭矩衰减，螺 纹副贴合后需要旋转2圈即角度>720°以上才能达到目标扭矩; 软连接：静态扭矩小于动态扭矩，主要是弹性原件存在扭矩衰减. 3)联合连接：是介于软连接和硬连接之间的连接，一般不存在扭矩衰减或扭矩反冲; 联合连接：静态扭矩接近动态扭矩.
PS：C为拧紧力矩；A为拧紧角度；A1为拧紧螺纹的拧紧角度（长度方向变 形）；F为螺栓张力；f1为拧紧时螺纹上的摩擦因数；f2为拧紧时紧固件支承环
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小结：通过以上硬连接与软连接的比较，同时结合现场情况，总结如下： 1、在完全相同的拧紧状态下，硬连接与软连接所得到的最终扭矩是不同 的；（完全相同是指同样的拧紧工具，以同样的转速，保持同样的稳定 时间）； 2、同一种连接方式，在拧紧工具的转速、保持时间不同的情况下，得到 的最终拧紧力也是不同的； 3、因为静态扭矩检测需要考虑进人为的因素进去，同时因为静态扭矩受 摩擦力的影响非常大，而摩擦力的变化又是非常离散的，因此静态检测 值会更离散一些； 4、同时，对于某些角度拧紧的连接，静态检测只能检测其扭矩是否过低 ，而无法精确控制扭矩值。
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扭矩控制基本原理概述 一、
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一、扭矩控制基本原பைடு நூலகம்概述
一、基本术语
1)扭矩—施加于轴圆周上使轴转动并产生扭曲形变等的扭转力偶或力矩。 2)动态扭矩—是自动拧紧工具在拧紧过程最终或扭转过程所得到的扭矩值，也就是在安装时用在线式扭矩传感器测量的值。 3)静态扭矩—用手动拧紧工具对已拧紧的螺栓加一个顺螺栓拧紧方向逐渐增大的扭矩，直至螺栓再一次产生拧紧运动的瞬间，记录下的刚产生运动的 扭矩值，该扭矩值即为静态扭矩。如: 用扭矩扳手测量所得到的扭矩。 4)拧紧—实际上就是要使两被连接体间具备足够的压紧力，反映到被拧紧的螺栓上就是它的轴向预紧力（即轴向拉应力）。 5)动力工具：生产线上用于装配产品以控制螺纹紧固连接的气动枪和电动枪。 气动枪：以压缩空气为动力源的拧紧工具的统称。 电动枪：以电为动力源的拧紧工具的统称。电动枪又可分为单轴电动枪和多轴电动枪。
6)标定—用扭矩标定仪（扭矩传感器和角度编码器）串接于电动拧紧枪之中，跟踪电动拧紧枪在螺纹连接件上进行拧紧的过程， 从而确认其拧紧扭
矩和/或拧紧角度在其规定范围内的一种方法。 标定仪：一种标准扭矩控制仪器用来验证电动枪能达到规定的扭矩和/或角度。必须对其定期检定。
二、螺栓连接件之间的力
我们测量的是施加的扭矩 实际真正 需要控制 的是： 我们想要测得的是夹紧力
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六 、拧紧的概念
拧任何机体均是由多种零件连接（即组装）起来的，而零件的连接有多种，采用螺栓连接就 是其中最常用的一种，而欲采用螺栓连接就必须应用拧紧，因而这“拧紧”也就成了装配工 作中应用得极为广泛的概念。 零件采用螺栓连接的目的就是要使两被连接体紧密贴合，并为承受一定的动载荷，还需要两 被连接体间具备足够的压紧力，以确保被连接零件的可靠连接和正常工作。这样就要求作为 连接用的螺栓，在拧紧后要具有足够的轴向预紧力（即轴向拉应力）。然而这些力的施加， 也都是依靠“拧紧”来实现的。因而，我们很有必要了解一些有关拧紧的基本概念。 1．螺栓拧紧的基本概念 （1）拧紧过程中各量的变化 在螺栓拧紧时，总体的受力情况是，螺栓受拉，连接件受压；但在拧紧的整个过程中， 受力的大小是不同的（见图1）， 大体上分为下述几个阶段： 屈服 1）在开始拧紧时，由于螺栓未靠座，故压紧力F为零； F T 但由于存在摩擦力，故扭矩T保持在一个较小的数值 。 断 2）当靠座后(Z点)，真正的拧紧才开始，压紧力F和拧 T 裂 矩T随转角A的增加而迅速上升。 F 3）达到屈服点，螺栓开始朔性变形，转角增加较大而压 A 紧力和扭矩却增加较小，甚至不变。 Z 图 1 4）再继续拧紧，力矩T和压紧力F下降，直至螺栓产生断裂。
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一、扭矩控制基本原理概述
5)扭矩斜率法 扭矩斜率法是以扭矩-转角曲线中的扭矩斜率值的变化作为指标对初始预紧力进行控制的一种 方法。该拧紧方法通常把螺栓的屈服紧固轴向力作为控制初始预紧力的目标值。该拧紧方法一般在 螺栓初始预紧力离散度要求较小并且可最大限度地利用螺栓强度的情况下使用。但是由于该拧紧方 法对初始预紧力的控制与塑性区的转角法基本相同，所以，需要对螺栓的屈服点进行严格的控制。 该拧紧方法与塑性区的转角法相比，螺栓的塑性即反复使用等方面出现的问题较少，有一定的优势 ，但是，紧固工具比较复杂，也比较昂贵。
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2．力矩率 力矩率R所表示的是力矩增量△T对转角△A的比值（见图2），即： R＝△T /△A （1）
T T
ΔT ΔA A A 图 3
图
2
硬性连接的R值高，软性连接的R值低。R值与螺栓的长度、连接中各件之间的摩擦以及连接件垫 圈的弹性有关。摩擦系数的变化，是影响力矩率的主要因素。此外，再加上垫圈、密封垫片等 引起的弹性变化，装配线上同样螺纹连接之间的力矩率变化可能超过百分之百，这样，力矩/转 角的曲线就可能落在图3斜线中的任何位置。 F μ=0 μ=0.1 3．摩擦与力矩对压紧力的影响 μ=0.2 从图4中可见，同一力矩T值，而由于摩擦系 数μ值的不同，压紧力F可能相差很大。所 μ=0.3 以，摩擦系数μ对压紧力F的影响是非常大 μ=0.4 的。这里的摩擦系数主要是指螺纹接触面、 μ=0.5 螺栓与被连接件支撑面间的摩擦系数。