扭矩控制

油压脉冲式气动枪
为了快速拧紧 的双室马达 活塞和凸轮型 脉冲单元，无弹簧
气动拧紧枪在拧紧过程中， 一边对外输出扭矩、拧紧螺 栓；一边压缩内部的弹簧。 当弹簧被压缩到一定程度后， 通过某种机械机构控制一根 钢针堵住压缩空气的入口， 停止拧紧。 控制钢针堵住气源入口 时，弹簧的压缩程度与设定 的拧紧力矩有关，可以通过 气动拧紧枪上的螺栓来调节。
75 %
屈服
失效
弹性区
拉伸度
3.1 扭矩控制法（T）
扭矩控制法（T）
扭矩法就是利用扭矩与预紧力的线性关系在弹性区进行紧固控制的一 种方法。该方法在拧紧时，只对一个确定的紧固扭矩Tc进行控制，因此 ，该方法操作简便，是一种一般常规的拧紧方法。 优点是可选用各种扳手，扭矩参数容易测量，螺栓可以重复使用，且 各国均经过了大量试验，各种扭矩参数估计的经验已十分丰富，便于产 品和工艺设计的选择。其主要缺点是连接螺栓预紧力的离散度大，精度 不易得到控制，螺栓预紧力精度在+/-30％左右，适合一般零件紧固，不 适合重要的、关键的零件的连接。



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：


动静态扭矩关系
动态扭矩是通用所认可的拧紧方式，装配线上的Bosch电动扳手就是使用此种 连接方式 当用手动扳手重新检测螺栓时，则采用静态扭矩，静态扭矩不是通用认可的拧 紧方式。 动态扭矩比静态扭矩更加准确，重复性更强。动态扭矩的读数与重检静态扭矩 的读数通常是不同的，而且不同的粘结点，不同的螺栓，差别程度又有所不同 ，造成读数差异的主要因素包括： 1.软性粘结点（衬垫和密封圈） 2.拧紧的时间 3.工件的状态（是否已经用过了） 由于静态重检不如原先的动态扭矩准确，而且还会损坏好的粘结点，所以对合格 工件进行重新检测不是一个好方法。静态重检应只限于工件返修，工件故障分析 或工件拆卸检查。不要对好的发动机或变速箱进行静态检查
手测 (静态) 112 110 111 110 113 109 110 111 113 112 111.1 1.4 4.1
均值 标准偏差 (Sigma) 3 Sigma
软连接
软连接
装配 (动态) 100.2 100.5 100.7 100.3 100.4 100.8 100.5 100.2 100.2 100.4 100.42 0.21 0.63
手测 (静态) 88 84 92 86 90 88 86 85 84 84 86.7 2.8 8.3
均值 标准偏差 (Sigma) 3 Sigma
DYPT现场举例

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
剪切力 剪切力
抗张力
张力
所施加的扭矩和夹紧力之间的关系
由公式可见，拧紧力矩被分为三部分，a.螺纹斜面受力而产生的预紧力，b.螺纹 副的摩擦力矩，c.支撑面的摩擦力矩，相关参数代入公式中，能得出三者所占比 重。
螺栓头下摩擦力 50%
The 50-40-10 规则
夹紧力 10%
90% 的扭矩用于克 服摩擦力 螺纹副中 40%
3.2 扭矩-转角控制法（TA）
扭矩-转角控制法（TA） 扭矩-转角控制法就是把一个确定的紧固转角作为指标来对初始预紧 力进行控制的一种方法。即在拧紧时，首先将螺栓拧紧到某一个扭矩值 ，然后再从此点开始，将螺栓于螺母相对转动一个角度。旋转的角度称 之为紧固转角。 其优点是螺栓预紧力精度较高，离散度较小。但是应该注意的是该 拧紧方法在塑性区拧紧时会使螺栓的杆部以及螺纹发生塑性变形，因此 ，对螺栓塑性差的以及螺栓反复使用的场合应考虑其适用性。另外，对 预紧力过大，会造成被连接件受损的情况时，则必须对螺栓的屈服点及 抗拉强度的上限值进行规定。
扭矩
100%
摩擦力对夹紧力的影响
摩擦力
坏的螺纹 普通 润滑后的螺栓
夹紧力
摩擦力对夹紧力的影响
扭矩
屈服应力极限
夹紧力
扭矩与预紧力和摩擦系数的关系
扭矩与预紧力和摩擦系数的关系 从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。
3.5 扭矩斜率法
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。
3.3 屈服点控制法（TG）
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。 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，但其精度主要是取决于螺栓本身的屈服强度，螺栓一般不重 复使用。 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。 这种方法需要利用某些精密仪器，主要应用在科研机构中，在实际 生产中的应用不多。
螺栓连接的方式
扭 30 度 (ISO 5393)
角度
贴合点
扭矩
X Nm
> 720 度
软连接
> 720 度 (ISO 5393)
角度
贴合点
硬连接和软连接
扭矩 过扭
目标
硬 软
均值偏差
贴合点
角度
硬连接
硬连接
静态摩擦力大，静态 扭矩高于动态扭矩
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
扭矩控制
谢添
扭矩控制
目 录 第一章：拧紧基本术语 第二章：螺栓连接方式和拧紧过 程 第三章：扭矩控制方法
第一章 拧紧基本术语
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。 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。

螺栓连接拧紧过程简介
扭矩 (Nm) 预拧紧
开始夹紧
夹紧形成
最终拧紧
拧紧角度值 (o)
螺栓连接拧紧过程
扭矩 (Nm)
拧紧结果的可接受范围
最终扭矩和角度值 必须落在这一区域
拧紧角度值 (o)
螺栓连接拧紧曲线
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)
螺栓连接件中的力
张力 抗张力 夹紧力
现场拧紧设备介绍
电动工具：拧紧精度高，无操作者的影响，反作用力大 1 多轴拧紧机： 制造厂家日本第一电通，标定精度为+/-3% 2 单轴拧紧枪： 制造厂家为ATLAS COPCO，标定精度为+/-3% 拧紧参数设定如下
3气动工具为油压脉冲式，制造厂家为GUANGCHENG AND ATLAS COPCO ，其优点能够快速拧紧，反作用力小，拧紧精度主要依赖于 操作者对工具的正确使用，校准精度为+/-25% ，其结构原理如下
第二章：螺栓连接方式和拧紧过程



硬连接：是指连接件硬度比较大，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 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 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
第三章：扭矩控制方法介绍
碳钢材料应力、应变曲线
σ
p：弹性极限（N/mm）
σ s：屈服极限（N/mm） σ b：抗拉强度极限（N/mm）
第三章：扭矩控制方法介绍
常用的扭矩控制方法有五种 应力 （1）扭矩控制法（T） N/mm² （2）扭矩-转角控制法（TA） （3）屈服点控制法（TG） 抗拉强度 （4）质量保证法（QA） （5）扭矩斜率法
第三章：扭矩控制方法介绍
GMNA 扭矩控制流程
1.PE 释放“动态”扭矩值 2.ME/整车厂基于拧紧工具的能力选择合适的工具，可以 满足释放的“动态”扭矩要求 3. ME/整车厂根据扭矩控制平台实施工具确认 4. ME/整车厂采集30组整车静态扭矩值，这些值必须为拧 紧后5分钟之内的数值(Pilot阶段) 5.ME 使用一种公用的法则对动态和静态数值进行统计分 析，以确定静态扭矩规范 6. ME 将“静态”扭矩规范释放到GPDS中
高精度断气机构
硬连接件的整流阀， 为了精度最佳，至少要3次脉冲
螺栓标识系统
第一个数 = 1/100 的最大抗张 应力 (N/mm2) 100×8 = 800 N/mm2
第二个数 = 抗张应力与屈服之 间 的关系 0.8 = 80% 公制螺纹
两数相乘得出屈服应力 800* 0.8 = 640 N/mm2