扭矩工具原理概述及其应用ppt课件.pptx
扭矩工具,连接形式,零件的固定连接方法有很多，如：,焊接,铆接,粘接,而螺纹连接却是其它方法都无法替代的一种可拆卸的固定连接，具有结构简单、连接可靠、拆装方便等优点。,1792年，英国的莫兹利发明加工螺纹的丝锥和板牙；1797年，莫兹利又发明带有丝杠、光杠、进给刀架和导轨的车床， 可车削不同螺距的螺纹。这使得螺栓螺母大批量加工，成为了最重要的生产之一，使用螺栓螺母锁紧零件的方式逐渐被广泛应用。,螺纹连接,随着螺纹连接的广泛应用，一种用于拆卸螺栓、螺母等螺纹紧固件的手动工具，也随之产生。 使用普通扳手，螺栓是否上紧要完全依靠人的锁紧力量。上紧螺栓时容易出现螺栓松动或过头，螺栓滑牙甚至断裂等现象，使物体连接的可靠性得不到保证。,螺纹连接,什么是扭矩？ 物体在外力的作用下，围绕某点旋转或产生某种程度的扭转变形，这种外力和作用距离的乘积称为扭转力矩，简称扭矩。扭矩是使物体绕轴心旋转或具有旋转趋势的力系统。,范例1：力臂=1m，力=100N，扭矩=100N.m,扭矩力力臂 。,扭矩原理,螺栓扭矩对照表,什么是扭矩扳手？扭矩扳手是指带扭矩测量机构的拧紧计量器具，用于按预先确定的扭矩拧紧或拆卸螺栓、螺母。 扭矩扳手按驱动动力可以分为：手动扭矩扳手，气 动 扭矩扳手，电动扭矩扳手，液压扭矩扳手等。,扭矩扳手,信号型,读值型,预置式,可调式,数显式,表盘式,扭力扳手类型,手动扭矩扳手的定扭方式有很多，我们产品的定扭方式有：1、表盘式2、打滑式3、响声式4、折弯式5、宝剑式,扭力扳手类型,扭力扳手力矩力学示意图：,折弯式,打滑式,响声式,扭力扳手类型,响声式扭矩扳手使用范围 11500（N.m）当达到扭矩时会发出一声“咔嗒”的报警声音响声式又分为三种 1、含棘轮头 2、头部可换，凹方头 3、头部可换，圆头,响声式,刻度视窗增大60%自带校验周期提示条推拉式的锁装置更快捷方便解锁上锁。解锁能看到彩色条纹显示双色双塑手柄柔软防滑，符合人体工学原理双弹簧扭力系统，扭矩线性更优秀,新款特性,响声式,百塔20-100N.m，型号666N/100，单价1844；对应Sata型号96424，单价1959；对应Stanley型号SE-01-100 ，单价1595；,每一把Beta扭矩扳手都附带了一份检测报告，内容包括扭矩扳手的编号和检测结果此报告的有效期为自用户购买之日起一年重复度 VS 精度,响声式,老款,响声式,新款,头部可换 发出声响的原理和敲击钢管式是一样的不同之处在于前面的驱动方头为可以更换【其中左右切换头型号612和612X使用的扭矩不超过100N.m】,响声式-可换头,根据工位要求的扭力范围合理选择，尽量避免使用扭力扳手的最大/最小值1000 Nm以上建议使用扭力倍增器根据实际工况选择棘轮头/可换头扳手使用注意：平稳加力；齿轮间隙；用后归零校验注意：预载三次,选型注意事项,宝剑式 适用于大扭矩螺栓拧紧工艺，优点力臂不受延长杆影响【其中678/C55，扭矩量程110-550N.m，不含扭力延长杆】可换头棘轮头,宝剑式,扭矩扳手应用 -风电,行业应用,数显型扭力扳手,带角度功能数显扭力扳手,精确度:顺时针2%，逆时针3% 角度：最大360 内置数据存储：最多可存储9个预置值 双向 双测量模式 双报警提示：绿LED到红LED，同时蜂鸣 双色双材料手柄 电池：2 AA(1.5V)电池(已配) 配置数据传输软件及数据线,数显式,数显式,按键功能,动态扭矩：是指扭矩值随时间变化很大或很快、甚至换向扭矩，包括振动扭矩、随机扭矩和过度扭矩。静态扭矩：是指扭矩值不随时间变化或随时间变化很小和很缓慢的扭矩，包括静止扭矩、恒定扭矩、缓变扭矩和脉冲扭矩；,按状态分动态扭矩和静态扭矩,精 度：国内准确度按等级划分：1、 2、3、4、5、6级。重复度：标志着一把扳手是否拥有 良好的机械性能和使用精度,扭矩工具的两个重要指标：,扭矩检测仪器的精度必须高于所校验工具精度2级以上包括扭矩传感器、显示器，常见的加载装置为手动，等级较高的加载装置为电动。,专业检测设备,ISO 6789 既是标准也是操作规范ISO 6789 规定扭矩工具一年至少要校验一次中国的检测标准为JJG 707-2014意大利的检测标准UNI EN 26789,检测标准,由于其齿轮结构为星型，在行星齿轮和行星架间会产生里作用力和反作用力上锁的力为行星齿轮输出，所以在行星架上需加装反作用力臂,防回弹安全装置,螺栓扭矩对照表,（1）设定所需的扭矩值，并将锁紧装置拨至锁紧位置（2）调节扭矩从小值到大值调节。消除齿轮间隙误差。（3）在使用之前请先满量程预载3次；（4）检查扭矩扳手驱动头及套筒插口头等是否选用合适（5）施力前需确定扭矩扳手与被施力的物体接触良好。（6）施力位置为握把正中心（宝剑型扳手为握把以后即可）。（7）请沿扳手垂直方向施力。（8）施力应平稳缓慢，听到声响（即待弹簧释放）后，立即停止施力。 （9）使用后需将设定值调回最小刻度。（10）使用大扭矩扳手时，操作者需注意身体重心。（11）扳手应与螺栓所在平面水平，与螺栓所在平面夹角不得超过3，实际施力方向与扳手施力点垂直方向夹角不得超过10 。,使用注意事项,（12）请勿使扭矩扳手“过负载”。（13）螺栓拆卸扭矩值约为锁紧扭矩值的1.5倍。（14）响声式扭矩扳手请勿用于拆卸螺栓。（15）请勿将扭矩扳手当作其他工具使用。（16）请保持扭矩扳手清洁与完整。 （17）请定期校验扭矩扳手。参考国际通行标准为5000次或一年校验一次，以先到者为准。（18）请勿加延长杆使用。,使用注意事项,扭矩标准,参考JJG 707-2014,ISO 6789 既是标准也是操作规范ISO 6789 规定扭矩工具一年至少要校验一次中国的检测标准为JJG 707-2014意大利的检测标准UNI EN 26789,检测标准,扭矩工具的检测标准目前，扭矩工具的检测标准分以下三种：1、JJG995-2005（国家检定规程） 本规程适用于静态扭矩测量仪（简称扭矩仪，含扭矩传感器）的首次检定、后续检定和使用中检验。2、JJG707-2014（国家检定规程） 本规程适用于扭矩扳手、含扭矩螺丝刀、及其他结构形式的带有扭矩测量机构的拧紧计量器具。3、ISO6789-2008（国际通用标准） 本标准规定用于螺纹连接体控制拧紧的手动扭矩工具的要求，描述了其测试方法及标记方法。,检测标准,精 度： 测量结果与被测量真值之间的一致程度。 重复度：在同环境、同设备的测量情况下，对同一个测量 对象进行多次测量所得结果之间的差值。 重复度的计算： 重复度=,多次测量的最大值 多次测量的最小值,平均值,检测标准,外观技术条件,定值扭矩扳手的外观必须完好，并且具备型号、规格、施加扭矩的方向、制造商的名称或商标、出厂编号和日期。依据JJG707-2003标准定值扭矩扳手的各部件连接应牢固可靠，不应该有裂纹、损伤、锈蚀和其它缺陷，附件应该齐全。当定值扭矩扳手施加的扭矩达到设定值时，应能发出简单的（可以听见的、可以看见的、可以感觉到的）信号。,性能技术条件,依据JJG707-2003和ISO6789标准定值扭矩扳手的超载性能应该达到按其使用方向最大额定扭矩的125%。依据ISO6789标准，定值扭矩扳手至少可以保证5000次合格的使用要求，在此期间无需进行调整和不得发生机械结构故障。定值扭矩扳手容许的偏差应该达到ISO6789标准的要求。,检定和校准方法,扭矩扳手上有受力标记的，应在标记位置加载力，并且按照要求产生检定或校准扭矩。扭矩扳手上没有受力标记的，受力点应在把手的中间位置，并且按照规范的要求产生检定或校准扭矩。从目标扭矩的80%到100%的过程中，扭矩加载的时间必须控制在0.5s4s之间。扭矩扳手在检定和校准前，扭矩扳手已经调整到所要求的扭矩测量点。扭矩扳手校准时所安装的拧紧头必须与现场工人使用的一致。,检定和校准方法依据：ISO6789,确定校准周期,对于正常使用的定值扭矩扳手的校准周期为循环使用5000次。半年内使用不满5000次的，定值扭矩扳手的校准周期为半年。对于备用的从未使用过的定值扭矩扳手，校准周期为1年。,量程的选取,对于拧紧方式为AW(扭矩加转角)的，扭矩扳手的设定值为工艺要求的起始扭矩。如果使用同一把扳手完成拧紧过程的，最终拧紧扭矩不得超过扭矩板手的最大额定扭矩。,检定和校准图示,ISO6789：,示值式扭矩扳手的检定,示值式扭力扳手的测量范围为测量上限的20%-100%。检定不少于3点，一般为扭矩测量上限的20%，60%，100%。检定前按使用方向对扭矩扳手预加载最大扭矩3次。检定时应从扭矩扳手零位平稳的逐级递增施加扭矩至检定点，此过程连续进行3次，每次需重新调整到零位。检定条件温度18-28湿度90%无电磁干扰,检定和校准参数,容许的偏差,ISO6789的要求：,检定和校准设备,用于检定和校准定值扭矩扳手的测量仪器精度1%。用于检定和校准扭矩扳手的测量仪器必须计量合格并且在有效期之内。检定和校准定值扭矩扳手的测量仪器须符合ISO6789和JJG707-2003标准的要求。,扭矩检测仪器的精度必须高于所校验工具精度2级以上包括扭矩传感器、显示器，常见的加载装置为手动，等级较高的加载装置为电动。,专业检测设备,管理和流程,新购的扭矩扳手应按照公司计量器具管理规定向计量部门提出申请并将该扭矩板手交由计量部门进行首次检定。对已经纳入公司管理系统的扭矩扳手按照标准规范的要求进行周期性校准。对于校准合格的扭矩扳手，须按照本规范的要求出具校准报告。对于校准合格的扭矩扳手按照公司计量器具管理规定粘贴标明计量编号和下次校准日期的合格证。对于更换非维修部件后的扭矩扳手需进行再次校准。对于校准不合格、损坏、需要修理、遗失等情况的扭矩扳手按照公司计量器具管理规定进行处理。,检测扭矩,参考柳州五菱内部工程师研究结果,预紧力,螺栓拉伸,螺栓插入被连接件，利用螺母或内螺纹拧紧使螺栓拉伸变形，这种弹性变形产生了轴向的拉力，将被夹零件挤压在了一起，称为预紧力。 理论上，只要产生了足够的夹紧力，完全可以保证被夹零件在震动、高低温等恶劣环境下安全工作，而不必使用涂胶等辅助方法。,扭矩,拧紧原理,张力,张力,螺栓连接件中的力,夹紧力,剪切力,剪切力,抗张力,抗张力,拧紧原理,15,扭矩,100%,夹紧力10%,螺栓头下摩擦力50%,螺纹副中摩擦40%,90% 的扭矩用于克服摩擦力,施加的扭矩并不象夹紧力那么简单, 90% 的扭矩被摩擦力消耗 只有10%的扭矩转化为夹紧力,扭矩(M) = 力 (F)*力臂 (L),拧紧原理,The 50-40-10 规则,10%,5%,16,2008-07-16,夹紧力与摩擦力的关系与影响,螺纹副中摩擦40%,螺纹副中摩擦力40%,夹紧力15%,在螺栓头下加润滑油,螺纹副中有杂质,螺纹副中摩擦力45%,通常的情况,螺栓头下摩擦力45%,螺栓头下摩擦力50%,螺栓头下摩擦力50%,拧紧原理,19,2008-07-16,1）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,螺栓标识系统,扭矩,角度,贴合点,扭矩,角度,贴合点,硬连接 30 度,软连接 720 度, 30 度, 720 度,螺栓连接方式,弹性松弛会影响夹紧力,材料弹性松弛会使夹紧力衰减!,Time,螺栓连接方式及影响,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。,扭矩衰减,装配手测(动态)(静态) 102.6 112 102.6 110 101.4 111 101.2 110 102.4 113 100.9 109 102.1 110 102.4 111 101.0 113 101.8 112 101.84 111.1 0.67 1.4 2.01 4.1,均值 标准偏差 (Sigma) 3 Sigma,硬连接,静态扭矩高于动态扭矩,扭矩数据分析,均值 标准偏差 (Sigma) 3 Sigma,装配手测(动态)(静态) 100.2 88 100.5 84 100.7 92 100.3 86 100.4 90 100.8 88 100.5 86 100.2 85 100.2 84 100.4 84 100.42 86.7 0.21 2.8 0.63 8.3,软连接,静态扭矩低于动态扭矩,扭矩数据分析,拧紧角度值 (o),扭矩 (Nm),预拧紧,开始夹紧,夹紧形成,最终拧紧,最终扭矩和角度值必须落在这一区域,拧紧过程的可接受范围,扭矩过程分析,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）。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。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。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时的扭矩值，该扭矩值即为静态扭矩。 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拧紧角度在其规定范围内的一种方法。,拧紧基本术语与原理,摩擦, 拧紧精度，夹紧力过低或过高, 表面粗糙与润滑状态 螺丝质量差 材料不合适, 工具不准确或不相配 螺丝质量差 错误的工件, 设计缺陷 材料配对不合适 拧紧方法错误, 膨胀系数不同 螺栓接合尺寸错误,影响夹紧力因素,64,根据拉伸-屈服极限的关系图，常用的扭矩控制方法有五种 （1）扭矩控制法（T） （2）扭矩-转角控制法（TA） （3）屈服点控制法（TG） （4）质量保证法（QA） （5）扭矩斜率法,扭矩控制,扭矩控制法拧紧螺栓至设定的扭矩后，拧紧控制机构停止动作，其优点是较为简便，而且扭矩容易复验。,影响扭矩法精度的最大因素不是控制系统本身的精度，主要是由于螺栓的材质、加工精度、润滑状态、拧紧速度等的不同，从而影响螺纹表面之间、螺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2030%，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。,扭矩控制 转角监控法,在采用扭矩控制的同时,用紧固转角作为指标对预紧力进行监控的控制方法。 .20% N扭矩（举例）设定转角控制的起始点 .从起始点计算转角，同时记录扭矩,扭矩/转角控制法扭矩转角控制法是在扭矩控制法上发展起来的，应用这种方法，首先是把螺栓拧到一个不大的扭矩后，再从此点始，拧一个规定的转角的控制方法。它是基于的一定转角，使螺栓产生一定的轴向伸长及连接件被压缩，其结果产生一定的螺栓轴向预紧力的关系。应用这种方法拧紧时，设置初始扭矩（Ts）的目的是在于把螺栓或螺母拧到紧密接触面上，并克服开始时的一些如表面凸凹不平等不均匀因素。而螺栓轴向预紧力主要是在后面的转角中获得的。从图5中可见，摩擦阻力（图中以摩擦系数表示的）的不同仅影响测量转角的起点，并将其影响延续到最后。而在计算转角之后，摩擦阻力对其的影响已不复存在，故其对螺栓轴向预紧力影响不大。因此，其精度比单纯的拧矩法高。从图5可见，扭矩转角控制法对螺栓轴向预紧力精度影响最大的是测量转角的起点，即图中TS所对应的S1（或S2）点。因此，为了获得较高的拧紧精度，应注意对S点的研究。,扭矩-转角控制法与扭矩控制法最大的不同在于：扭矩控制法通常将最大螺栓轴向预紧力限定在螺栓弹性极限的90处，即图6中Y点处；而扭矩-转角控制法一般以Y-M区为标准，最理想的是控制在屈服点偏后。扭矩转角控制法螺栓轴向预紧力的精度是非常高的，通过图6即可看出，同样的转角误差在其朔性区的螺栓轴向预紧力误差F2比弹性区的螺栓轴向预紧力误差F1要小得多。,应用转角法，螺栓的负荷可以在它的弹性变形范围内，也可以进入塑性变形范围，大多数厂家用转角法一般在塑性区。如果螺栓要进入塑性变形范围，一定要进行严格的试验或检测。优点：受摩擦系数影响较小，可得到比较高的预紧力且预紧力的离散度较小。缺点：需要做大量的实验和分析工作，而且几乎无法复验，如果用扭力扳手来复验的话，预紧力可能会超过原先的设定值。,屈服点控制法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。它是利用材料屈服的现象而发展起来的一种高精度的拧紧方法。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/转角的变化曲线见图7。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。当率下降一定值时（一般定义，当其斜率下到最大值的二分之一时），说明已达到屈服点（即图7中的Q点），立即发出停止拧紧信号。,屈服点法利用了材料从弹性变形区向塑性变形区过渡时的特性，但是屈服点法同样要进行严格的试验或检测，以防螺栓和螺纹损坏或断裂。在屈服点控制法中，预紧力的大小主要取决于紧固件的屈服强度，因此能得到较大的预紧力，预紧力的离散度也较小，而且预紧力不受摩擦系数变化的影响。屈服点控制法要求对零件表面进行严格的处理，任何打滑和阻滞现象都会使扭矩/转角曲线偏离正常的范围从而使控制系统发出错误警告。此外对螺栓的要求也非常高：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,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。,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。,72,73,5.1 过程法 （动态扭矩监控） （1）固定传感器法：用于检测的扭矩传感器是固定在拧紧工具的输 出轴上,对动态扭矩时时监控 （2）直接法：在需要检测时，把用于检测的扭矩传感器直接串接于 板头与被拧紧的螺栓之间，拧紧时可以直接读出读数,5.2 事后法（静态扭矩审核） （1）松开法：将拧紧的螺栓用扭矩扳手松开，读出松开时的瞬时值 （2）紧固法：即对已经拧紧的螺栓用扭矩扳手沿螺栓的拧紧方向再施加一个逐渐增大的扭矩，直至螺栓再一次产生拧紧运动，读 出此时的瞬时值,现在生产现场多使用此种方法（角度越小越好，一般在10左右）采用这种方法检测，其扭矩偏差为实际扭矩的525。其偏差产生的原因是：在旋动螺栓的瞬间所产生的摩擦阻力不同于拧紧过程中的摩擦阻力，因二者的摩擦系数不同（前者为静摩擦，后者为动摩擦）；加上操作人员掌握程度、用力大小、感觉的偏差等，均会造成不同程度的偏差。该方法适用于拧紧后不超过30分钟的螺栓扭矩的检测。 （3）标记法：即对已经拧紧螺栓的拧紧位置做一个标记，将螺栓拧松之后再拧紧到原来位置时的扭矩值。,使用测力扳手时可能会出现的问题：,只能检查扭矩是否太低不能检查角度控制的扭矩值同时受静态摩擦力影响操作者使用不便(生产效率低、人机工程问题)必须定期校准测力扳手的误差大,螺栓标准,参考标准,Q&A！,谢谢！,
