CN112765737B - 螺纹紧固件设计方法及系统 - Google Patents
螺纹紧固件设计方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112765737B CN112765737B CN202011596374.6A CN202011596374A CN112765737B CN 112765737 B CN112765737 B CN 112765737B CN 202011596374 A CN202011596374 A CN 202011596374A CN 112765737 B CN112765737 B CN 112765737B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- torque
- threaded fastener
- corner
- threaded
- external load
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 238000013461 design Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 65
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 29
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000003672 processing method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 17
- 230000036316 preload Effects 0.000 claims description 17
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 7
- 238000009658 destructive testing Methods 0.000 claims description 2
- 238000011157 data evaluation Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 2
- 241000699655 Akodon torques Species 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/10—Geometric CAD
- G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
- F16B35/00—Screw-bolts; Stay-bolts; Screw-threaded studs; Screws; Set screws
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
- G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Geometry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Details Of Spanners, Wrenches, And Screw Drivers And Accessories (AREA)
Abstract
本发明公开了一种螺纹紧固件设计方法及系统，该方法包括：对螺纹紧固件模型进行计算，通过CAE提取连接工位外载荷，并通过外载荷初步选择螺纹紧固件的型号；对选定型号的螺纹紧固件进行动态扭矩/夹紧力以及转角破坏性实验，测试螺纹紧固件的表面处理、零件尺寸、加工方法、装配关系状态与装车零件状态一致；根据实验数据，对测试曲线上屈服点扭矩和贴合扭矩进行分析，以获取安装扭矩或扭矩+转角工艺。本发明从受力载荷进行螺纹紧固件选型，再通过工装状态零件进行扭矩/夹紧力+转角测试，从而制定合理的安装扭矩，通过理论计算预判和实际零件测试正向设计，降低了松脱风险。
Description
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，特别是涉及一种螺纹紧固件设计方法及系统。
背景技术
螺纹紧固件连接是汽车零件连接最最广泛的连接工艺，一台整车的装配中约有3000左右个螺栓螺母，其中约有200左右个CC、SC关键重要特性螺纹连接安装点。因此，合理的螺纹紧固件设计至关重要。
目前螺纹紧固件设计主要通过参考竞品车型或原有车型进行对标，进行零件/系统台架测试，再进行路试耐久验证，反复验证、调整确定最终安装扭矩。这样容易出现螺纹紧固件过设计或者欠设计的问题，增加松脱风险系数。
发明内容
为此，本发明的一个目的在于提出一种螺纹紧固件设计方法，以解决现有技术松脱风险高的问题。
一种螺纹紧固件设计方法，包括：
对螺纹紧固件模型进行计算，通过CAE提取连接工位外载荷，并通过外载荷初步选择螺纹紧固件的型号；
对选定型号的螺纹紧固件进行动态扭矩/夹紧力以及转角破坏性实验，测试螺纹紧固件的表面处理、零件尺寸、加工方法、装配关系状态与装车零件状态一致；
根据实验数据，对测试曲线上屈服点扭矩和贴合扭矩进行分析，以获取安装扭矩或扭矩+转角工艺。
根据本发明提供的螺纹紧固件设计方法，从受力载荷进行螺纹紧固件选型，再通过工装状态零件进行扭矩/夹紧力+转角测试，从而制定合理的安装扭矩，通过理论计算预判和实际零件测试正向设计，降低了松脱风险，本发明对测试曲线上屈服点扭矩和贴合扭矩进行分析，获取安装扭矩或扭矩+转角工艺，避免了转角过程中摩擦系数对扭矩的影响，降低最终目标夹紧力的离散程度。此外，本发明还具有操作简单、设计效率高、实用性强的优点。
另外，根据本发明上述的螺纹紧固件设计方法，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，对螺纹紧固件模型进行计算，通过CAE提取连接工位外载荷，并通过外载荷初步选择螺纹紧固件的型号的步骤具体包括：
对CAE提取的连接工位外载荷进行螺纹连接理论计算，以连接件尺寸参数、材料性能参数、摩擦系数为输入值，计算螺栓最大装配预加载荷，并校准工作应力、表面压力、最小联接长度，最后确定拧紧力矩。
进一步地，以连接件尺寸参数、材料性能参数、摩擦系数为输入值，计算螺栓最大装配预加载荷的步骤具体包括：
以连接件尺寸参数、材料性能参数、摩擦系数为输入值，依据VDI2230和螺纹紧固件连接工程计算螺栓最大装配预加载荷。
进一步地，对选定型号的螺纹紧固件进行动态扭矩/夹紧力以及转角破坏性实验的步骤具体包括：
使用ATLAS DC电动工具对螺纹紧固件拧紧，电动工具软件中设置对应极限扭矩上限、转角速度、拧紧策略，ATLAS DC电动工具上使用MCI超声传感器进行数据采集工作，测试过程中直至螺栓或连接件失效终止。
进一步地，根据实验数据，对测试曲线上屈服点扭矩和贴合扭矩进行分析，以获取安装扭矩或扭矩+转角工艺的步骤具体包括：
使用MCI911软件对实验数据进行分析，对测试曲线上屈服点扭矩和贴合扭矩进行分析，以获取安装扭矩或扭矩+转角工艺。
本发明的另一个目的在于提出一种螺纹紧固件设计系统，以解决现有技术松脱风险高的问题。
一种螺纹紧固件设计系统，包括：
计算模块，用于对螺纹紧固件模型进行计算，通过CAE提取连接工位外载荷，并通过外载荷初步选择螺纹紧固件的型号；
测试模块，用于对选定型号的螺纹紧固件进行动态扭矩/夹紧力以及转角破坏性实验，测试螺纹紧固件的表面处理、零件尺寸、加工方法、装配关系状态与装车零件状态一致；
分析模块，用于根据实验数据，对测试曲线上屈服点扭矩和贴合扭矩进行分析，以获取安装扭矩或扭矩+转角工艺。
根据本发明提供的螺纹紧固件设计系统，从受力载荷进行螺纹紧固件选型，再通过工装状态零件进行扭矩/夹紧力+转角测试，从而制定合理的安装扭矩，通过理论计算预判和实际零件测试正向设计，降低了松脱风险，本发明对测试曲线上屈服点扭矩和贴合扭矩进行分析，获取安装扭矩或扭矩+转角工艺，避免了转角过程中摩擦系数对扭矩的影响，降低最终目标夹紧力的离散程度。此外，本发明还具有操作简单、设计效率高、实用性强的优点。
另外，根据本发明上述的螺纹紧固件设计系统，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，所述计算模块具体用于：
对CAE提取的连接工位外载荷进行螺纹连接理论计算，以连接件尺寸参数、材料性能参数、摩擦系数为输入值，计算螺栓最大装配预加载荷，并校准工作应力、表面压力、最小联接长度，最后确定拧紧力矩。
进一步地，所述计算模块具体用于：
以连接件尺寸参数、材料性能参数、摩擦系数为输入值，依据VDI2230和螺纹紧固件连接工程计算螺栓最大装配预加载荷。
进一步地，所述测试模块具体用于：
使用ATLAS DC电动工具对螺纹紧固件拧紧，电动工具软件中设置对应极限扭矩上限、转角速度、拧紧策略，ATLAS DC电动工具上使用MCI超声传感器进行数据采集工作，测试过程中直至螺栓或连接件失效终止。
进一步地，所述分析模块具体用于：
使用MCI911软件对实验数据进行分析，对测试曲线上屈服点扭矩和贴合扭矩进行分析，以获取安装扭矩或扭矩+转角工艺。
附图说明
本发明实施例的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明第一实施例的螺纹紧固件设计方法的流程图；
图2是根据本发明第二实施例的螺纹紧固件设计系统的结构框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明第一实施例提出的螺纹紧固件设计方法，包括步骤S101～S103。
S101，对螺纹紧固件模型进行计算，通过CAE提取连接工位外载荷，并通过外载荷初步选择螺纹紧固件的型号。
在对本实施例的方法进行说明之前，首先对相关符号进行说明：
涉及的符号如下表：
其中，步骤S101具体包括：对CAE提取的连接工位外载荷进行螺纹连接理论计算，以连接件尺寸参数、材料性能参数、摩擦系数为输入值，计算螺栓最大装配预加载荷，并校准工作应力、表面压力、最小联接长度，最后确定拧紧力矩。
具体实施时，以连接件尺寸参数、材料性能参数、摩擦系数为输入值，依据VDI2230和螺纹紧固件连接工程计算螺栓最大装配预加载荷。
例如，外载荷受力条件下，螺栓直径范围的估算如下表：
需要的最小紧固作用力
预加载荷变化FZ
确定最小的装配预加载荷FM min
确定最大装配预加载荷FM max
FM max＝αA·FM min
确定装配应力σred，M和FM zul和检查螺栓尺寸
σred，Mzul＝ν·Rp0.2min
确定表面压力pmax
最小啮合长度meff min
FmS≤FmGM
确定防止下跌SG的安全界限和剪切应力τQmax
确定拧紧力矩MA
S102，对选定型号的螺纹紧固件进行动态扭矩/夹紧力以及转角破坏性实验，测试螺纹紧固件的表面处理、零件尺寸、加工方法、装配关系状态与装车零件状态一致。
其中，步骤S102具体包括：
使用ATLAS DC电动工具对螺纹紧固件拧紧，电动工具软件中设置对应极限扭矩上限、转角速度、拧紧策略，ATLAS DC电动工具上使用MCI超声传感器进行数据采集工作，测试过程中直至螺栓或连接件失效终止。
步骤S102的目的是得到动态扭矩/夹紧力+角度数据，可用来确定螺纹紧固件连接的合适的装配扭矩。为了使紧固件失效(螺栓断裂、滑牙、零件失效)，测试范围应在电动工具量程20％～80％内进行。在装配过程中会生成一个扭矩/夹紧力+角度图来显示装配关系的性能。典型数据曲线包括贴合扭矩(Yield 1)、屈服扭矩(Yield 2)和极限扭矩(Ult)数据。
1.贴合扭矩Yield1—连接副中的零部件完全贴合的点，从曲线上看，从这一点开始，曲线将会变成线性，螺栓或者螺钉发生弹性拉伸，连接副中的夹紧力也开始线性增加。
2.屈服扭矩Yield2—线性轨迹结束的点，弹性变形结束，塑性变形开始。理想情况下，发生的是螺栓或者螺钉的屈服，但也有可能发生零部件屈服。
3极限扭矩Ult—扭矩最大值，超过该值继续拧紧将会导致紧固件发生塑性变形，横截面减小，最终断裂。
需要使用的设备：
DC电动工具—Atlas Copco控制器和工具；
超声设备—MC950超声波便携式分析仪、MC911超声波测试软件、扭矩+转角传感器、轴力传感器。
MC950超声波便携式分析仪通过调用螺栓特性曲线(一组螺栓的夹紧力对伸长量的平均关系曲线)可以实时测量拧紧过程中各个重要要素(扭矩，转角，夹紧力，RPM，时间)之间的关系，得到完整的拧紧特性曲线，通过对曲线的解读，可以了解在整个拧紧过程中的扭矩和夹紧力的变化情况。
在轴力传感器上拧紧3个螺栓记录轴力(KN)vs超声延迟时间(纳米秒)。不用规格螺栓采用不同集盘，生成平均标定曲线。
扭矩传感器(带超声)用于记录测试中的扭矩、旋转角度、轴力(超声波)、转速。
DC高精度电枪+ARM1000Nm机械臂
机械力臂在测试中起到支撑稳定安装工位，高精度电枪只是驱动作用，在测试中拧紧螺栓、螺母，直至螺栓、零件失效。
样件准备及数量：
样件应该达到生产装配水平(材料，公差尺寸，表面粗糙度、表面处理及结构。测试零件在模拟装配的台架条件下测试十几组。
测试转速：
尽管在装配过程中可能会用到多步拧紧，但是紧固件扭矩测试则在一步拧紧，在推荐的转速条件下。
S103，根据实验数据，对测试曲线上屈服点扭矩和贴合扭矩进行分析，以获取安装扭矩或扭矩+转角工艺。
其中，步骤S103具体包括：使用MCI911软件对实验数据(具体实施时，不少于12组数据)进行分析，对测试曲线上屈服点扭矩和贴合扭矩进行分析，以获取安装扭矩或扭矩+转角工艺。
具体实施时，MC950采集超声传感器建立数据采集系统记录需要的数据，模拟螺栓夹持长度，在轴力传感器上进行标定测试，标定测试数量3个，取其平均值，标定测试数据记录超声延迟时间与夹紧力的关系。
获取动态扭矩/夹紧力+转角测试数据：
按照设计进行装配，固定连接副。导入标定文件，将紧固件拧至屈服or断裂，采集转速、扭矩、转角。
测试数据分析、处理：
提取曲线上的相关点：驱动扭矩，贴合扭矩，屈服扭矩，极限扭矩；计算数据样本量的公称值和标准差σ；目前对数据处理有两种模式a.脱扣模式；b.断裂模式。
脱扣动态扭矩数据评估：
动态安装扭矩最大值≤(屈服扭矩-4σ)
动态安装扭矩最小值>较大者(驱动扭矩+4σ，贴合扭矩+4σ)
断裂失效模式数据评估
动态安装扭矩最大值≤0.85*[屈服扭矩-3σ]
动态安装扭矩最小值>较大者(驱动扭矩+3σ，贴合扭矩+3σ)
扭矩+转角数据评估：
扭矩/夹紧力+角度初始点：原始阈值点＝1.2*[贴合扭矩+3σ]。
扭矩/夹紧力+角度终止点：初始终点＝屈服点的角度+屈服到断裂转过的角度的10％or目标动态安装扭矩。
确定从初始阈值点到初始终点需要转过的角度，转角应该按照60°、90°的整数倍。
根据本实施例提供的螺纹紧固件设计方法，从受力载荷进行螺纹紧固件选型，再通过工装状态零件进行扭矩/夹紧力+转角测试，从而制定合理的安装扭矩，通过理论计算预判和实际零件测试正向设计，降低了松脱风险，本发明对测试曲线上屈服点扭矩和贴合扭矩进行分析，获取安装扭矩或扭矩+转角工艺，避免了转角过程中摩擦系数对扭矩的影响，降低最终目标夹紧力的离散程度。此外，本发明还具有操作简单、设计效率高、实用性强的优点。
此外，本发明结合超声波测试设备，通过超声采集螺栓拧紧过程中伸长量转换为超声瞬延时间的关系，进行扭矩和夹紧力关系，通过夹紧力变化可以直观的判断失效终止点。
下面以一实例对该螺纹紧固件设计方法进行详细说明，具体是对某车型前副车架前安装螺栓(6#)进行螺纹紧固件计算和动态扭矩/夹紧力+角度测试。
首先进行螺纹连接点外载荷条件下，进行螺栓选型、夹紧力和安装扭矩校核。在轴力传感器上模拟相同夹持长度进行螺栓标定测试，MC950采集轴力传感器轴力与超声延迟时间关系数据。再通过失实际工装件上进行扭矩测试，MC950采集超声传感器的扭矩与超声瞬延时间关系数据。最后通过MC911软件对数据进行处理。
1.螺纹紧固件扭矩计算
CAE分析的工况载荷条件下，从下表22工况条件下，C14工况下螺栓受到载荷最大。下列对最大外载荷进行计算。
| 工况 | 轴向力 | 切向力1(N) | 切向力2(N) |
| C1 | 16.5 | -200.5 | 329.5 |
| C2 | 6.87 | -134.83 | 476.12 |
| C3 | -34.22 | 183.2 | 1151.58 |
| C4 | 62.1 | 190.4 | 301.55 |
| C5 | 238.51 | 807.94 | 1164.49 |
| C6 | 887.68 | 1092.29 | 3383.7 |
| C7 | 323.19 | 590.24 | 1774.36 |
| C8 | 429.81 | 590.31 | 1799.95 |
| C9 | 187.08 | 490.56 | 551.86 |
| C10 | 154.2 | 504.96 | 263 |
| C11 | 1309.83 | 3978.32 | 7123.19 |
| C12 | 579.54 | 842.63 | 2160.48 |
| C13 | 1778.59 | 3840.55 | 8002.89 |
| C14 | 2075.04 | 4034.2 | 9057.1 |
| C15 | 1196.38 | 3539.35 | 4039.83 |
| C16 | 1195.96 | 3655.6 | 8117.2 |
| C17 | 481.09 | 765.37 | 2656.93 |
| C18 | 561.34 | 803.9 | 2326.76 |
| C19 | 287.05 | 1031.99 | 109.97 |
| C20 | 232.76 | 198.51 | 525.73 |
| C21 | 210.82 | 224.56 | 380.44 |
| C22 | 262.7 | 960.57 | 637.39 |
fastener calc如下表：
Input
Result
通过螺纹紧固件扭矩计算在C14工况载荷条件下，外力(轴向力：2075.04N，切向力1：4034.2N，切向力2：9057.1N)最大，计算结果表明，最大装配载荷轴力FMzul＝64.0516729KN，抗滑移系数SF＝1.17519041，表面抗压载荷安全系数Sp1＝2.71540797，装配安装扭矩MA＝140.783922Nm。设计上选择该型号螺栓公称直径M12、P＝1.5、PC＝10.9能够满足设计要求。
2.动态扭矩/夹紧力+转角测试数据
2.1获取标定测试数据，夹紧力与超声延迟时间关系
2.2获取动态扭矩/夹紧力+转角数据
a.扭矩VS转角曲线
b.夹紧力VS转角曲线
c.扭矩&夹紧力VS转角曲线
2.3动态扭矩和扭矩+转角工艺数据分析如下表：
通过对数据进行处理，标取Yeild2扭矩和夹紧力，数据-3σ偏差得出推荐安装扭矩上限为Yeild2 torque＝134.36Nm，Yeild2 force＝90.825KN；该螺栓最小拉力载荷、保证载荷分别为91.6KN、73.1KN，70Nm+180Deg夹紧力在保证载荷的对应的扭矩及夹紧力范围在可控范围内，最终选取70Nm+180Deg作为最终拧紧工艺。
请参阅图2，基于同一发明构思，本发明第二实施例提出的螺纹紧固件设计系统，包括：
计算模块10，用于对螺纹紧固件模型进行计算，通过CAE提取连接工位外载荷，并通过外载荷初步选择螺纹紧固件的型号；
测试模块20，用于对选定型号的螺纹紧固件进行动态扭矩/夹紧力以及转角破坏性实验，测试螺纹紧固件的表面处理、零件尺寸、加工方法、装配关系状态与装车零件状态一致；
分析模块30，用于根据实验数据，对测试曲线上屈服点扭矩和贴合扭矩进行分析，以获取安装扭矩或扭矩+转角工艺。
本实施例中，所述计算模块10具体用于：
对CAE提取的连接工位外载荷进行螺纹连接理论计算，以连接件尺寸参数、材料性能参数、摩擦系数为输入值，计算螺栓最大装配预加载荷，并校准工作应力、表面压力、最小联接长度，最后确定拧紧力矩。
本实施例中，所述计算模块10具体用于：
以连接件尺寸参数、材料性能参数、摩擦系数为输入值，依据VDI2230和螺纹紧固件连接工程计算螺栓最大装配预加载荷。
本实施例中，所述测试模块20具体用于：
使用ATLAS DC电动工具对螺纹紧固件拧紧，电动工具软件中设置对应极限扭矩上限、转角速度、拧紧策略，ATLAS DC电动工具上使用MCI超声传感器进行数据采集工作，测试过程中直至螺栓或连接件失效终止。
本实施例中，所述分析模块30具体用于：
使用MCI911软件对实验数据进行分析，对测试曲线上屈服点扭矩和贴合扭矩进行分析，以获取安装扭矩或扭矩+转角工艺。
根据本实施例提供的螺纹紧固件设计系统，从受力载荷进行螺纹紧固件选型，再通过工装状态零件进行扭矩/夹紧力+转角测试，从而制定合理的安装扭矩，通过理论计算预判和实际零件测试正向设计，降低了松脱风险，本发明对测试曲线上屈服点扭矩和贴合扭矩进行分析，获取安装扭矩或扭矩+转角工艺，避免了转角过程中摩擦系数对扭矩的影响，降低最终目标夹紧力的离散程度。此外，本发明还具有操作简单、设计效率高、实用性强的优点。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具体用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种螺纹紧固件设计方法，其特征在于，包括：
对螺纹紧固件模型进行计算，通过CAE提取连接工位外载荷，并通过外载荷初步选择螺纹紧固件的型号；
对选定型号的螺纹紧固件进行动态扭矩/夹紧力以及转角破坏性实验，测试螺纹紧固件的表面处理、零件尺寸、加工方法、装配关系状态与装车零件状态一致；
根据实验数据，对测试曲线上屈服点扭矩和贴合扭矩进行分析，以获取安装扭矩或扭矩+转角工艺；
对螺纹紧固件模型进行计算，通过CAE提取连接工位外载荷，并通过外载荷初步选择螺纹紧固件的型号的步骤具体包括：
对CAE提取的连接工位外载荷进行螺纹连接理论计算，以连接件尺寸参数、材料性能参数、摩擦系数为输入值，计算螺栓最大装配预加载荷，并校准工作应力、表面压力、最小联接长度，最后确定拧紧力矩；
以连接件尺寸参数、材料性能参数、摩擦系数为输入值，计算螺栓最大装配预加载荷的步骤具体包括：
以连接件尺寸参数、材料性能参数、摩擦系数为输入值，依据VDI2230和螺纹紧固件连接工程计算螺栓最大装配预加载荷。
2.根据权利要求1所述的螺纹紧固件设计方法，其特征在于，对选定型号的螺纹紧固件进行动态扭矩/夹紧力以及转角破坏性实验的步骤具体包括：
使用ATLASDC电动工具对螺纹紧固件拧紧，电动工具软件中设置对应极限扭矩上限、转角速度、拧紧策略，ATLASDC电动工具上使用MCI超声传感器进行数据采集工作，测试过程中直至螺栓或连接件失效终止。
3.根据权利要求1所述的螺纹紧固件设计方法，其特征在于，根据实验数据，对测试曲线上屈服点扭矩和贴合扭矩进行分析，以获取安装扭矩或扭矩+转角工艺的步骤具体包括：
使用MCI911软件对实验数据进行分析，对测试曲线上屈服点扭矩和贴合扭矩进行分析，以获取安装扭矩或扭矩+转角工艺。
4.一种螺纹紧固件设计系统，其特征在于，包括：
计算模块，用于对螺纹紧固件模型进行计算，通过CAE提取连接工位外载荷，并通过外载荷初步选择螺纹紧固件的型号；
测试模块，用于对选定型号的螺纹紧固件进行动态扭矩/夹紧力以及转角破坏性实验，测试螺纹紧固件的表面处理、零件尺寸、加工方法、装配关系状态与装车零件状态一致；
分析模块，用于根据实验数据，对测试曲线上屈服点扭矩和贴合扭矩进行分析，以获取安装扭矩或扭矩+转角工艺；
所述计算模块具体用于：
对CAE提取的连接工位外载荷进行螺纹连接理论计算，以连接件尺寸参数、材料性能参数、摩擦系数为输入值，计算螺栓最大装配预加载荷，并校准工作应力、表面压力、最小联接长度，最后确定拧紧力矩；
所述计算模块具体用于：
以连接件尺寸参数、材料性能参数、摩擦系数为输入值，依据VDI2230和螺纹紧固件连接工程计算螺栓最大装配预加载荷。
5.根据权利要求4所述的螺纹紧固件设计系统，其特征在于，所述测试模块具体用于：
使用ATLASDC电动工具对螺纹紧固件拧紧，电动工具软件中设置对应极限扭矩上限、转角速度、拧紧策略，ATLASDC电动工具上使用MCI超声传感器进行数据采集工作，测试过程中直至螺栓或连接件失效终止。
6.根据权利要求4所述的螺纹紧固件设计系统，其特征在于，所述分析模块具体用于：
使用MCI911软件对实验数据进行分析，对测试曲线上屈服点扭矩和贴合扭矩进行分析，以获取安装扭矩或扭矩+转角工艺。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011596374.6A CN112765737B (zh) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | 螺纹紧固件设计方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011596374.6A CN112765737B (zh) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | 螺纹紧固件设计方法及系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112765737A CN112765737A (zh) | 2021-05-07 |
| CN112765737B true CN112765737B (zh) | 2022-12-13 |
Family
ID=75696968
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011596374.6A Active CN112765737B (zh) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | 螺纹紧固件设计方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112765737B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113239467A (zh) * | 2021-06-09 | 2021-08-10 | 宝能(广州)汽车研究院有限公司 | 汽车悬架零部件连接螺栓的紧固力矩推算方法 |
| CN113283038B (zh) * | 2021-07-21 | 2021-10-12 | 江铃汽车股份有限公司 | 一种螺栓安全系数校核仿真方法 |
| CN114524037A (zh) * | 2022-01-26 | 2022-05-24 | 恒大新能源汽车投资控股集团有限公司 | 一种应用于汽车的部件装配方法装置 |
| CN114812911B (zh) * | 2022-06-29 | 2022-11-01 | 江西五十铃汽车有限公司 | 紧固件力矩评估方法及系统 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2396561A1 (en) * | 2009-02-16 | 2011-12-21 | Unisteel Technology Limited | Self-tapping thread forming screw and corresponding thread roll die |
| CN109684757A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-04-26 | 南京安维士传动技术股份有限公司 | 风电齿轮箱收缩盘计算方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101178345B (zh) * | 2007-12-05 | 2010-11-03 | 西南交通大学 | 一种扭动微动摩擦磨损试验装置 |
| CN106862915A (zh) * | 2017-04-07 | 2017-06-20 | 安徽工程大学 | 一种机械臂螺栓装配刚度的控制设备和方法 |
| CN108133074A (zh) * | 2017-11-29 | 2018-06-08 | 道依茨汽（大连）柴油机有限公司 | 一种螺栓设计方法 |
| CN108760531A (zh) * | 2018-05-28 | 2018-11-06 | 江铃汽车股份有限公司 | 一种螺纹类紧固件扭矩测试方法 |
| CN111898218B (zh) * | 2020-07-22 | 2022-06-14 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种变速器中间轴极限承载能力的预报方法 |
-
2020
- 2020-12-29 CN CN202011596374.6A patent/CN112765737B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2396561A1 (en) * | 2009-02-16 | 2011-12-21 | Unisteel Technology Limited | Self-tapping thread forming screw and corresponding thread roll die |
| CN109684757A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-04-26 | 南京安维士传动技术股份有限公司 | 风电齿轮箱收缩盘计算方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Finite element analysis and modeling of structure with bolted joints;Kim J;《Applied mathematical modelling》;20071231;895-911 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112765737A (zh) | 2021-05-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112765737B (zh) | 螺纹紧固件设计方法及系统 | |
| CN110514344A (zh) | 一种航空发动机螺栓预紧力精确控制方法 | |
| CN108388696A (zh) | 一种表征螺栓连接结构松弛特性的实验方法 | |
| Stéphan et al. | Experimental study of forming and tightening processes with thread forming screws | |
| CN111597714A (zh) | 一种螺栓拧紧贴合预紧力的确定方法 | |
| CN113530944B (zh) | 一种螺栓预紧方法及系统 | |
| CN108760531A (zh) | 一种螺纹类紧固件扭矩测试方法 | |
| CN111444654B (zh) | 一种评判碰撞工况下螺栓断裂的虚拟仿真方法 | |
| CN113639917B (zh) | 一种螺栓拧紧力矩的确定装置及方法 | |
| CN104142203A (zh) | 高锁螺母松脱力矩测试方法及该测试用卸载轴向力的工装 | |
| CN117390914A (zh) | 一种考虑螺纹蠕变的连接系统松动有限元仿真方法 | |
| CN116858415A (zh) | 一种高强螺栓紧固时的轴力实时监测方法 | |
| CN107538211B (zh) | 一种悬置系统联接螺栓打紧力矩的确定方法 | |
| CN113758626B (zh) | 一种扭矩转角法拧紧工艺参数确定及螺栓拧紧方法 | |
| CN114266280B (zh) | 一种基于改进卷积神经网络的螺栓松动状态识别方法 | |
| Al-Nassar et al. | The effect of clearance and pre-tension on the performance of a bolted-joint using 3D FEA | |
| CN110333025B (zh) | 自锁螺母锁紧力矩有效性检测工具的设计方法及螺纹塞规 | |
| CN112733399B (zh) | 随机振动中螺栓的失效评估方法、装置 | |
| Abid et al. | An experimental study on the relaxation of bolts | |
| CN104972423B (zh) | 螺栓紧固检测方法、装置、系统 | |
| CN220104668U (zh) | 双头螺柱扭矩试验工装 | |
| CN116956443B (zh) | 木结构节点半刚性梁的性能确定方法及装置 | |
| Mo et al. | Loosening and strength failure calculation models of screwed joints under complex working condition loading | |
| Fini et al. | Experimental Investigation on the Fatigue Strength for Different Tightening Procedures and Materials in Metric Screws | |
| CN118070544A (zh) | 一种螺栓拧紧工艺优化方法、装置、系统和介质 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |