螺栓紧固件简析

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4:热处理调质(淬火、回火)
目的:使螺栓硬化,达到其性能等级的要求。
一:螺栓加工过程
5:表面处理(镀锌、磷化、达克罗等)
目的:使螺栓达到其表面防腐的要求。
二:装配工具简析
2.1:气动工具
优点:体积小、质量轻、速度快 缺点:其速度的快慢在相当程度上取决于拧紧扭矩的大 小;切断扭矩的分散程度会取决于连接体的特征 装配离散情况:15%
六:紧固件设计的一般过程
R10 表面压力 p max 常用材料表面压力 p
材质 抗拉强度 极限面压 430MPa 1000MPa 650MPa 250MPa 260MPa 330MPa 850MPa 310MPa 800MPa 380MPa
PM max =
FMzul
钢板
A P min
合金钢 不锈钢 铸铁 铝合金
σ z max = F S max / A 0
M G = F Mzul
d2 d0
P π d + 1 . 155 µ G min 2
WP =
π
16
τ max =
3 d0
MG WP
σ redB= σ z2max + 3(kτ ⋅τ max )
σ redB<σ P 0.2 min
80 60 40 扭 矩
2次拧紧 首次拧紧
Y(Nm) 20
0 0 -20 -40 -60 100 200 300 400 500 600 700 800 900
转角
1000

松懈

四:装配工艺简析
4.3:装配方法
2.3.2:扭矩+转角控制法
四:装配工艺简析
4.3:装配方法
2.3.3:屈服点控制法
六:紧固件设计的一般过程
R4 预加载变化 F Z , ΔFVth,FSA
1 δS +δP
FZ = f Z
FS A = f A
∆ FVth =
nδ S δS +δP
l k ⋅ (α S ⋅ ∆ T S −α P ⋅ ∆ T P ) E E δ S SRT + δ P PRT E ST E PT
六:紧固件设计的一般过程
A
必要时考虑零件拧的过紧产生的力矩和额外的头部力矩
七:常见装配问题及原因
7.1:扭矩法装配常见问题及原因 7.1.1:常见过载现象 在装配过程中,零件持续拧紧,达不到装配所需 求的预紧扭矩,导致零件拉长,直至断裂
7.1.2:原因 7.1.2.1零件的摩擦系数低于下限控制范围 7.1.2.2零件的装配扭矩设定不合理,偏大
五:装配方法的制定
5.1.3:扭矩法装配时装配扭矩的确定
K min F max d T = m 1+ 100
K min:最小扭矩系数 Fmax : 设计的最大预紧力 d :螺纹公称直径 m :装配工具的误差率
五:装配方法的制定
5.2:角度法装配 5.2.1:设定原则 1、初始扭矩必须大于贴合扭矩 2、一般零件初始扭矩产生的夹紧力在最终夹紧力 的1/4左右,若小于贴合扭矩产生的夹紧力时初始 扭矩以贴合扭矩为准 3.2.2:存在问题 1、装配后扭矩散差较大,要制定合适的扭矩监控 范围
装配离散情况: 5%
扭 矩 速度
三:连接类型简析
螺纹连接的基本类型
Байду номын сангаас
螺栓连接
螺钉连接
螺柱连接
紧定螺钉连接
三:连接类型简析
螺栓装配受力,应力集中部位分析
头下圆角 啮合第一扣螺纹
螺纹收尾
点击动画
ningjinshiji1.wmv
三:连接类型简析
3.1:螺栓连接
三:连接类型简析
3.2:螺钉连接
三:连接类型简析
七:常见装配问题及原因
2)图示
T上
扭 矩
μ上 μ下
T下 最终扭矩
最终扭矩 T0 紧固角度
角度
七:常见装配问题及原因
7.3:内螺纹拉脱
零件在装配时,内螺纹被拉脱 7.3.1:原因 内螺纹的啮合长度与内螺纹基体的强度、内螺纹承 受的应力不匹配
零件功能, 安装位置, 几何尺寸, 材料, 强度等 级, 表面状况, 拧紧力矩, 拧紧工具
6.2.2:输入参数:
R0 公称直径 极限尺寸 d, G R1 拧紧系数 αA 根据一些校准试验的知识,和使用的拧紧工具,及 零件装配区间选择
六:紧固件设计的一般过程
R2 最小夹紧力 F Kerf 根据零件和配合件的受力情况,来核算保证配合不 失效螺栓需提供的最小夹紧力
扭矩/N*m
五:装配方法的制定
5.1:扭矩法装配 5.1.1:设定原则 1、紧固系数一般范围1.4-2 2、以摩擦系数下限,夹紧力上限是的扭矩作为最 终装配扭矩 5.1.2:存在问题 1、紧固系数小时,装配完成后有可能达不到最 小夹紧力要求
五:装配方法的制定
扭矩法装配图示
μ下 μ上 F上
F下
装配扭矩
6.2.3变三角形:
R3区分工作载荷/载荷系数 F
PA
δ S = δ SK + δ 1 + δ Gew + δ GM
δP
(d + d h ) ⋅ (d Wm + w ⋅ l K ⋅ tan ϕ D − d h ) 2 ln Wm (d Wm − d h ) ⋅ (d Wm + w ⋅ l K ⋅ tan ϕ D + d h ) = w ⋅ E P ⋅ π ⋅ d h ⋅ tan ϕ D
螺纹紧固件简析
尚修锋 加工过程
Ph P
2014-11 装配简析
Ph P P
常见问题
Ph =P
Ph = 2P
目 录
一:螺栓加工过程 二:装配工具简析 三:连接类型简析 四:装配工艺简析 五:装配方法制定 六:设计紧固件的一般过程 七:常见装配问题及原因 八:螺栓装配预紧力的校核
一:螺栓加工过程
基本加工过程
四:装配工艺简析
4.3:装配方法
2.3.1:扭矩控制法 是常规控制法,在紧固件弹性区拧紧,广泛应用于一般零 件的紧固。
优点: 1、操作简单,扭矩容易测量和控制 2、可使用较便宜的拧紧工具(如定扭扳手或冲 击扳手) 缺点: 1、预紧力离散度大 2、受摩擦系数偏差影响大
四:装配工艺简析
4.3:装配方法
是扭矩+转角控制法的一种, 适合很重要关键零件的拧紧工艺;这种方法 是理论上很准确的控制预紧力,预紧力仅与螺栓的屈服强度有关.
五:装配方法的制定
设定依据:零件装配特性曲线
M10屈服点摩擦特性曲线
45
40
35
轴向力/KN
30
25
0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
20
15
10
5
0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
七:常见装配问题及原因
图 示
控制范围上偏倚
扭 矩
μ上 μ下
较小控制范围
合适的控制范围
控制范围下偏倚
F下
F上
预紧力
七:常见装配问题及原因
7.2.2:控制限正常,但装配报警,(2类) 1)没有预紧到预设角度,扭矩达到上限报警 原因 1.1)摩擦系数超上限:零件本身摩擦系数超上 限或零件配合摩擦系数超上限 1.2)零件之间干涉,造成装配扭矩急剧上升
五:装配方法的制定
F上
夹 紧 力
F中 F下
力的离散
角 度 法 装 配 图 示
力的离散
角度
紧固角度
扭 矩
扭矩的离散
μ上 μ下
初始扭矩
角度
五:装配方法的制定
5.2.3:角度法装配时装配角度的确定 3.2.3.1:屈服点以下装配
θ fA
T fs = F fA − K d m 360 × (δ b + δ c ) × P
F Mzul = A ⋅
0
v ⋅ R P 0 .2 min 3 d2 P + 1 . 155 µ G min 1 + 3 π 2 d d 0 2
2
F Mzul ≥ FM max
六:紧固件设计的一般过程
R8 工作应力 σ red ,B
F S max = F Kerf + FP A − ∆ FVth
2.3.1:扭矩控制法
四:装配工艺简析
4.3:装配方法
2.3.2:扭矩+转角控制法 汽车工业标准工艺之一, 适合重要关键零件的紧固。
优点:1、能较准确控制预紧力,螺栓材料完全被利用 2、仅与螺纹副摩擦及螺栓的屈服强度有关 缺点:1、操作较复杂,需对扭矩和转角进行测量 2、成本高,对拧紧工具要求较高
扭 矩
速度
二:装配工具简析
2.2:电动脉冲工具
优点:体积小、质量轻、速度高、人机工程好 缺点:脉冲枪类似于不断用锤子去敲击扳 手,噪声大,扭矩波动大 装配离散情况: 15%
二:装配工具简析
2.3:整流电机驱动工具
优点:自身带有扭矩传感器和控制系统,精度高 缺点:需要编辑装配程式、体积大、不易移动操作
PM max < P
否则配件将会被压溃
六:紧固件设计的一般过程
R11 最小联接长度 m eff min
不同强度M14不同配合材料下的啮合长度
4.5 D
4
3.5
从上往下: 1400Mpa 1200Mpa 1000Mpa 800Mpa
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 螺母剪切强度/Mpa
线材加工
坯料成型
螺纹加工
热处理
表面处理
一:螺栓加工过程
1:材料加工
线材 球化、酸洗磷化 冷拔
目的:软化并细化材料,为后工序变形加工做准备。
一:螺栓加工过程
2:坯料成型
目的:成型除螺纹以外的头部、杆部尺寸。
点击播放动画
(.wmv)
一:螺栓加工过程
3:螺纹成型
目的:成型螺纹,满足螺纹精度要求。
一:螺栓加工过程
七:常见装配问题及原因
1)图示
报警时拧紧角度 报警时拧紧角度 T上
扭 矩
μ上 μ下
T下
T0
紧固角度
角度
七:常见装配问题及原因
7.2.2:控制限正常,但装配报警,(2类) 2)正常装配,扭矩下限报警 原因 2.1)摩擦系数超下限:零件本身摩擦系数超下 限或零件配合摩擦系数超下限 2.2)零件拧入时贴合扭矩大于初始扭矩,常见 于配合锁紧螺母拧紧
3.3:螺柱连接
三:连接类型简析
3.4:紧定螺钉连接
潘存云教授研制
四:装配工艺简析
4.1:紧固件拧紧过程的4个阶段
① 拧入阶段 ② 贴合阶段 ③ 弹性阶段 ④ 塑性阶段
1 2 3 4
四:装配工艺简析
4.2:4个阶段零件受力状态
1)拧入阶段:螺栓螺母配合导入,零件承受很小的旋入扭矩, 不受轴向夹紧力 2)贴合阶段:零件之间逐渐贴合,旋入扭矩和轴向夹紧力从不 规则状态,趋向于同紧固角度呈线性关系 3)弹性阶段:零件之间贴合紧密,旋入扭矩和轴向夹紧力同紧 固角度呈线性关系 4)塑性阶段:零件贴合紧密,旋入扭矩和轴向夹紧力随紧固角 度增加从几乎不增加到减小,最终螺栓断裂
六:紧固件设计的一般过程
R12 滑动, 剪切应力 S G , τ Qmax 在通过螺栓零件的轴向力作用,依靠被加紧零件之间 的摩擦力,来传递横向负载的情况下进行校核 R13 拧紧力矩 MA
M D = F Mzul 0 . 159 ⋅ P + 0 . 577 d 2 ⋅ µ G min + m µ K min 2
六:紧固件设计的一般过程
6.1:连接紧固原理 6.1.1:仅受预紧力连接
力 力
F0
F0
λb
螺栓变形
λm
连接件变形
六:紧固件设计的一般过程
6:连接紧固原理 6.1.2:受预紧力和工作拉力的连接
力 FSA FPA F F 2 F1 K ∆λ 变形
F0
六:紧固件设计的一般过程
6.2.装配设计的一般过程 参阅:VDI 2230 高强度螺栓连接的系统计算 6.2.1:需要确认的参数
R5 最小装配预加载荷 F M min
F M min = F Kerf + F Z + FS A − ∆ FVth
R6 最大装配预加载荷 F M max
F M max = α A ⋅ FM min
六:紧固件设计的一般过程
6.2.4应力校核和强度验证:
R7 装配应力 σ red , FMzul
σ red = v ⋅ R P 0 .2 min
七:常见装配问题及原因
7.1:扭矩法装配常见问题及原因 7.1.2:过载原因
μ下 μ上 F上
F下
七:常见装配问题及原因
7.2:角度法装配常见问题及原因 7.2.1:零件正常但装配扭矩上下限报警 在装配完成后,零件的最终扭矩,高于控制上限 或低于控制下限 原因 7.2.1.1零件的摩擦系数控制失效,超出其控制 范围 7.2.1.2零件的装配扭矩控制范围不合理,太小 或者向上、乡下偏倚
θ fA : 紧固转角 θ fy : 屈服点紧固转角 θ fu : 最大力紧固转角
F fA :目标紧固轴力 T fs : 初始扭矩 K m : 平均扭矩系数
3.2.3.2:过屈服装配
θ fy ≤ θ fA ≤ (θ fy + θ fu )
δ b : 螺栓变形系数 δ c : 配件变形系数
P : 螺距 d : 公称直径
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