汽车螺栓拧紧基础知识.ppt

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1、,拧紧基础知识培训,案例：1045KR1厢式车后轮螺栓断裂轮胎飞出分析报告,概要,8月4-5日两天，连续接到技术服务部及物流公司反馈信息： HFC1045KR1厢式车在送车途中出现后轮轮胎螺栓断裂，导致后 轮飞出的重大问题,累积共有 5 台。,现状调查,1）零部件质量调查,2）作业工具调查,注：后轮轮胎螺栓扭矩标准要求为：287-346N.m,市场曾数次发生轮胎螺栓断裂事件， 其主要原因由于装配时拧紧力矩不合格。 2004年商务车轮胎螺栓断裂 2005年4月1045轮胎螺栓断裂（重卡装） 2005年8月1045轮胎螺栓断裂（小卡装）,前言, 2002年前桥烧轴承（预紧力过大，回转角度过小，轴承

2、松紧度不合理）,目的,理论上了解螺纹拧紧的基本知识， 便于在实际装配作业时有意识的 控制，提升拧紧力矩质量 为技术人员制定拧紧力矩标准和 工具选型提供了参考,一.螺纹副基本知识 1.汽车常用螺纹副类型 2.螺纹强度（等级及标记）,1-1 汽车常用螺纹副类型,螺纹连接是机械零部件之间结合的最常用方式之一 与铆接、焊接等结合方式相比，具有装配与维修的 方便性，也是标准化程度最高的机械零件。,汽车常用螺纹紧固件主要包括： 螺栓、螺柱、螺钉、螺母、螺钉、螺塞、 弹簧垫圈、平垫圈、锯齿垫圈 扩口式管接件、卡套式管接头体、锥形管接头体等。,一.螺纹副基本知识 1.汽车常用螺纹副类型 2.螺纹强度（等级及标

3、记）,1-2 螺纹强度（等级及标记）,国产螺纹的性能等级一般有： 3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 9.8 10.9 12.9。,注：进口标准件（日/韩）,螺纹标记的含义：,1）8 8 第一个数：表示公称抗拉强度的 1/100 （即最大抗张应力 N/mm2) 1008 = 800 N/mm2 第二个数：表示公称屈服强度与公称抗拉 强度比值的关系（即屈强比） 0.8 = 80% 两数相乘得出其屈服强度 ： 800* 0.8 = 640 N/mm2 2）BUFO：表示生产商 3） M：表示公制螺纹,抗拉应力： 1008=800 N/mm2 屈服应力： 8000.8=640 N

4、/mm2,抗拉强度 / 屈服：,材料标准：,等级性能：,等级性能：,日/韩标准,对应中国标准,螺栓强度计算：,附表：螺纹有效面积AS,二.螺纹拧紧原理及控制 1.螺纹拧紧原理 2.拧紧力矩控制方法,2-1 螺纹拧紧原理, 螺纹原理 螺纹拧紧 螺纹紧固件中的受力情况 拧紧力矩和紧固轴力的关系 影响预紧力因素 紧固件拧紧的实质, 螺纹原理,以倾斜角的线，围绕圆柱或圆锥运动时，圆柱或圆锥上就形成了螺旋线。 沿着螺旋线产生的沟漕和突起物就是螺纹。 圆柱的外侧螺纹叫外螺纹。 圆柱的内侧螺纹叫内螺纹。 螺纹是内、外一组同时使用的。,螺纹主要参数,螺距P: 相连两个螺纹顶尖的距离。 导距L: 螺纹旋转一周时

5、，螺纹上一点沿轴线方向前进的距离。,注: 一条螺旋线产生的螺纹叫单头螺纹，螺距与导距相等。 两条或两条以上的等间隔的螺旋线产生的螺纹叫多头螺纹。,导距 = n螺距,螺纹主要参数,螺纹有效直径:, 螺纹拧紧,拧紧是用螺栓、螺母把零件连接起来，不能松动。 为了不让其松动，必须在螺栓上施加一个叫“轴向力”的适当拉力（拧紧力）。 实际作业中，因为直接测量轴向力困难，所以螺栓、螺母拧紧时，用“扭矩”代替。, 螺纹紧固件中的受力情况,螺纹紧固件受力分析：,所施加的扭矩和夹紧力之间的关系：10%,当对螺母施加力时，将产生力矩：T = F r,其中：Ta = F 2r = 2Tb,拧紧力矩的组成：,1）支承面

6、摩擦力矩TW 2）螺纹副摩擦力矩TS T = Ts + Tw 注：轴向力所产生的力矩为零。,紧固轴力Ff （预紧力）的计算：,其中，K：扭矩系数，与支承面粗糙度和润滑情况、螺纹副精度和润滑情况等有关。, 拧紧力矩和紧固轴力的关系,在采用同一扭矩紧固时： 、摩擦系数上升，K值变大，则预紧力Ff不足 、摩擦系数下降，K值变小，则预紧力Ff增大，可导致螺纹连接破坏失效。, 影响预紧力（夹紧力）的因素,螺纹的摩擦性能主要取决于：螺栓材质、制造精度、表面处理、实际装配工艺条件等。,控制螺纹紧固轴力（预紧力），保证被连接件所需的夹紧力。,夹紧力需适中： 1）过小夹不紧，被连接件容易松动； 2）过大夹过紧，

7、被连接件容易损伤，同时， 也容易造成螺纹件的损坏。, 螺纹连接的可靠性主要取决于螺栓的轴向夹紧力， 夹紧力通常只能通过控制拧紧扭矩或转角来实现。, 紧固件拧紧的实质,轴向预紧力的确定,螺栓连接件的特性,【 关键工序：7-10%； 一般工序： 15%； 特殊部位： 3-5% 】,薄螺母？ 开槽螺母,被联接件所需夹紧力 预紧力Ff 屈服预紧力Ff 确定扭矩目标值 螺纹选型,紧固扭矩目标值确定,1、确定被联接件的夹紧力 得出预紧力Ff 2、预紧力Ff 螺纹选型（50-60%屈服预紧力） 3、通过试验，测其表面及螺纹副状况下 K值 4、根据公式计算目标扭矩：Tf = K Ff d,附一：标准件屈服与极

8、限紧固轴力值,附二：标准件常用拧紧力矩值,螺纹拧紧质量的表现,目前，对螺纹的拧紧质量公司内主要通过 Cp值及Cpk值体现。 建议：通过合格率体现（上/下控制线）。 力矩判断：确保下限值，上限不得超出10-15%。（日本）,二.螺纹拧紧原理及控制 1.螺纹拧紧原理 2.拧紧力矩控制方法,2-2 拧紧力矩控制方法,扭矩直接控制法,例：轮胎螺栓拧紧要求为 287-346Nm,扭矩控制 转角监控法,注：扭矩控制法 的一种辅助监控,扭矩+角度 控制法,扭矩,角度,扭矩 = OK 扭矩 = OK,T0, 1, 2,例：缸盖螺栓拧紧要求为 64Nm + 松懈 + 20Nm + 90+ 90, 屈服点控制法,

9、附：连接和软连接,三.拧紧力矩的管理基础 1.螺纹紧固的四种错误 2.拧紧工具的选择 3.拧紧检具及检测方法 4.拧紧力矩的影响因素 5.螺纹松弛的分类、原因及防松措施, 紧固作业者的错误： 忘记紧固，或紧固工具使用不当（工具正确）； 紧固方法的错误： 紧固次序不当，或紧固工具选择欠妥（工具不正确）； 紧固工具的错误： 工具精度不高，性能不好； 紧固连接件的错误： 零不见尺寸超差，材质不好，螺纹润滑不良。,3-1. 螺纹紧固的四种错误,三.拧紧力矩的管理基础 1.螺纹紧固的四种错误 2.拧紧工具的选择 3.拧紧检具及检测方法 4.拧紧力矩的影响因素 5.螺纹松弛的分类、原因及防松措施,3-2

10、拧紧工具的选择,紧固件保证系统,拧紧工具检定系统,定 扭 工 具,动力式作业工具,定 值 扭 力 扳 手,套筒式（喀哒扳手）,开口棘轮头式,可换头式,手动式作业工具,可 换 式 头 部,开口头,梅花头,六角头,驱 动 方 头,棘 轮 头,管扳手头,扭 矩 控 制 系 统,常用定扭工具对比,非定扭工具,常用的有：冲击扳手、开口扳手、棘轮扳手、螺丝刀等,注：目前我公司进口非定扭工具主要为日本东空、三研等产品。,拧紧工具的选择,三.拧紧力矩的管理基础 1.螺纹紧固的四种错误 2.拧紧工具的选择 3.拧紧检具及检测方法 4.拧紧力矩的影响因素 5.螺纹松弛的分类、原因及防松措施,3-3 拧紧检具及检测

11、方法,常用的检测工具有： 1）静态检测 指针式力矩检测扳手、表盘式力矩 检测扳手、数显式力矩检测扳手等 2）动态检测 传感器式力矩检测扳手等,检测工具的选择,检具必须定期标定,力矩检测式扳手,力矩检测式扳手,扭力螺丝刀 检测,常用检测方法,1）事后法（静态检测）： 拧紧法 拧松法 复位法 2）过程法（在线动态检测）： 传感器法,注：静态检测由于是装配后检测，受到力矩衰减、静摩擦力、 检具的精度等影响，所测的力矩跟实际值有一定误差。 动态检测能真实地反映紧固件的拧紧力矩。,另：螺栓伸长法也是一种检测方法，主要应用在校准、标定和试验开发中。,力矩检测的主要影响因素,1）连接件表面质量及装配扭矩形成

12、过程的影响 （表面的粗糙度及硬度等） 2）检测工具的影响（精度） 3）检测方法的影响（力矩变化系数）,三.拧紧力矩的管理基础 1.螺纹紧固的四种错误 2.拧紧工具的选择 3.拧紧检具及检测方法 4.拧紧力矩的影响因素 5.螺纹松弛的分类、原因及防松措施,3-4 拧紧力矩的影响因素,影响拧紧力矩的主要因素： 1）气压情况 2）润滑情况 3）零部件质量 4）拧紧工具 5）拧紧方法,气压的稳定性对拧紧力矩的影响较大， 不同的气压，风动工具将输出不同的力矩。 尤其要保证风动工具在运转的过程中有一个 稳定的气压。 注：目前公司风动工具的气压稳定值为6.30.3Mpa。,气压影响,润滑影响,注：上表中扭矩

13、系数为日本试验结果。,在有润滑的条件下，扭矩系数K变小，同一扭矩将 得到不同的轴向预紧力（夹紧力） 偏大；或相同的 预紧力时，扭矩 偏小。,零部件质量的影响,零部件的质量对拧紧力矩的也有一定的影响， 如螺纹烂牙、定位尺寸误差、支撑面变形等。 例：轮胎螺栓与钢圈的定位误差，易造成“假扭 矩”，即力矩达到要求，在地面滚动后，力 矩急剧下降。,“假扭矩”现象,连接件表面存在有杂质、磕碰、毛刺、定位误 差、支撑面变形等，使结合面产生非正常连接，螺 纹结合面将产生咬合现象。使得相同的装配扭矩所 产生的轴向预紧力降低、甚至为零。 （假力矩的控制）,工具的影响,拧紧方法的影响,拧紧方法对装配质量有较大的影响

14、 常用的方法有： 对角拧 分组拧（分序） 分步拧 重复拧,多组螺栓，如： U型螺栓、轮胎螺栓、离合罩螺栓 需要：分序、对角拧紧,注：亦可采用 多轴螺母拧紧机 1）预拧值20% 2）等待 3）同时拧至力矩值 并记录拧紧角度,缸盖螺栓拧紧要求为： 64Nm+松懈+20Nm+90+90 需要：分序、分步、重复拧紧,紧固时效处理：减小扭矩变化。,三.拧紧力矩的管理基础 1.螺纹紧固的四种错误 2.拧紧工具的选择 3.拧紧检具及检测方法 4.拧紧力矩的影响因素 5.螺纹松弛的分类、原因及防松措施,3-5 螺纹松弛的分类与原因,螺栓无倒转时产生的松弛,螺栓倒转时产生的松弛, 防松原理 消除（或限制）螺纹副

15、之间的相对运 动，或增大相对运动的难度。 防松措施 为防止紧固件松动，除保证有效的轴力 （预紧力）外，通常加装防松元件或采用带 锁齿螺栓，或直接锁死。,摩擦防松 ： 采用双螺母、弹簧垫圈、自锁螺母等,注：原则上弹簧垫圈只能用一次，拆后再装则影响防松效果。,机械防松： 采用开槽螺母与开口销、圆螺母与止动垫圈/止动垫片等,化学防松： 粘合（如：螺纹涂密封胶）,永久防松： 端铆、冲点、点焊等,案 例 分 析,案例一：HFC1020前骑马螺栓拧紧力矩变化（轴管式前桥）,小卡厂总装车间装配HFC1020时，按190Nm 力矩装配，拧紧前桥骑马螺栓（轴管式前桥）。 线上检测数据稳定在190Nm左右，线下再检测发 现其力矩数据普遍下降至90160Nm，不合格。,概要,下线衰减再复紧，路试后再测：力矩下降约20Nm.,现状调查,1）前桥总成,h1,2）U型螺栓,3）紧固压板,原因推测,1）下线后，由于压板变形，螺母松动，造成力矩下降（60Nm）； 2）下线路试复紧，再路试后，力矩下降小的原因（20Nm） ： 压板和前轴圆管紧贴在一起，减小了塑性变形的空间。,