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力矩衰减(一)
扭矩控制方法
扭矩控制方法
旋转螺栓后，螺杆受力伸长了，螺杆伸长产生夹紧力把连接件夹紧了。
施加的扭矩并不象夹紧力那么简单
在通用公式中：力（F）*力矩（L）=扭矩M 也就是说螺栓旋转的越多，得到的扭矩越大。 但是90%扭矩被摩擦力消耗掉了，只有10%转化为了夹紧力。
打个比方，当你上紧一颗工艺要求为10N·m力矩的螺栓时，我们真正需要的是那1N·m轴向力矩，大多数力矩都被摩擦力消耗掉了。摩擦力和夹紧力是什么关系呢?
通常情况下，遵循50-40-10原则，就是50%的螺栓头下摩擦力，40%的螺纹副中摩擦力，10%的夹紧力。但是在一些条件下夹紧力的比例是可以变化的。
比如说当工人师傅拿起一颗螺栓发现其螺纹有碰伤或者有杂质，您一旦将其装入螺孔内，这样的螺栓产生怎样的夹紧力呢？一般认为螺纹副中有缺陷（杂质、磕碰等）按照装配力矩装配后，存在50%的螺栓头下的摩擦力，45%螺纹副中的摩擦力，只有5%我们想要的夹紧力。这时候这颗螺栓的装配力矩是达到了，但是远不符合我们所需要的夹紧力。如果这里螺栓在飞轮，曲轴等这样的运动件上就非常容易发生脱落，这就造成了我们经常说的“假紧”。 还有弹性材料变软会使夹紧力衰减，也是通常我们说软连接的扭矩衰减。比如汽缸盖垫材料较软我们采用二次拧紧的方法来减少夹紧力的衰减，还有机油盘螺栓经常发生夹紧力衰减，就是因为螺栓下面有机油盘垫片（软质材料的原因）。
试想我们需要螺杆伸长而产生夹紧力，扭矩越大螺杆可以伸的越长，是不是扭力越大越好呢？我们施加的扭矩越大会使螺栓过度伸长，螺栓超过屈服强度极限就会发生应力断裂。 从而失去了螺栓的链接作用。
拧紧螺栓的几种方法
1、扭矩控制法（T）
扭矩控制法是最初始也是最简单的控制法，它是基于螺纹连接时，轴向夹紧力F拧紧时与拧紧扭矩T成正比关系，可用一个公式T=K·F来表示，这个K则是扭矩系数。当一个螺钉设计出来时候他的轴向夹紧力F就是可知的，拧紧扭矩T通过工艺设定我们的拧紧扭矩也被工艺部门规范下来。但是总装车间经常出现拧紧扭矩达到但是装配的螺栓依然不合格，这是为什么呢？
关键就在这个扭矩系数，扭矩系数K的变化主要波动因素是综合摩擦系数ｕ，也就是说螺栓，螺孔的精度，杂质，是否磕碰都会影响这个综合摩擦系数ｕ。而且这个K值和温度也有关系，经过日本住友公司通过实验证明环境温度每增加1℃，扭矩系数K就下降0.31%。 扭矩控制法到底能不能精确呢？给大家加深下影响，根据德国工程师协会的拧紧实验报告称当拧紧力矩T的误差为±0时（即无误差的施加扭矩）。螺栓轴向夹紧力误差可以达到±27.2%。
所以扭矩控制法的优点是：成本低，可以使用简易的拧紧工具扭矩扳手来检查拧紧质量。 其缺点就是：拧紧精度不够，不能充分发挥材料潜力，环境影响大（温度，螺栓螺纹，杂质、磕碰等）
2 扭矩-转角控制法（TA）又称超弹性控制法。
扭矩-转角控制法是先将螺栓拧到一个不大的扭矩，一般会是拧紧力矩的40%-60%（由工艺验证后制定），再从此点开始，拧一个规定的转角的控制方法。
这种方法它是基于一定的转角，是螺栓产生一定的轴向伸长及连接件被压缩了。这样做的目的是将螺栓拧到紧密接触面上，并克服了一些表面凹凸不平等不均匀因素，而后面所需求的轴向夹紧力由转角产生。在计算转角之后，摩擦阻力对轴向夹紧力的影响不复存在，所以其精度比单纯的扭矩控制法要高，扭矩控制法的要点就是测量转角的起点，一旦这个转角确
定下来我们就可以获得相当高拧紧精度。
由于有了比较先进拧紧方法于是产生了一种适应生产力的工具，就是电动拧紧工具，它是由电机—驱动齿-弯头齿轮-传感器等构成，可以相对比较容易的设定预警力矩及起始转角， 这里注明我不是托。
扭矩-转角控制法（TA）优点：拧紧精度高，可以获得较大的轴向夹紧力。【力矩衰减】
缺点：其控制系统比较复杂，需要测量预紧扭矩及转角2个数据，质量部门不易找出适当的方法对拧紧结果进行检查跟进。
3伸长量法
这种方法目前只有少说生产高端品牌的汽车发动机厂家在使用，因为所需要设备成本太大，我本人对根据其原理对其所采用的设备只能做些猜测，不同意见可以探讨，
这种方法是在扭矩转角控制法中发展而来的，是通过对扭矩-转角曲线斜率的连续计算和判断来计算屈服点的。
就是说在拧紧的过程中需测量螺栓自然长度，在拧紧的过程中螺栓受到监控，须知道螺栓拧紧时拉伸的长度，这个需要X射线活着红外一类具有能透视并测量的装置。针对每一个螺栓并在最大梯度下降时判断最大梯度和屈服点，这里需要计算机及相应计算软件，控制自动拧紧设备施加屈服扭矩，这里需要自动拧紧设备。
优点：非常精密，螺栓可以重复使用，利用最大压紧力潜能。
缺点：设备昂贵
力矩衰减(二)
螺栓力矩超差的研究
螺栓力矩超差的研究
一．概述
1.1螺栓力矩研究的意义
发动机制造的主要任务是将发动机各组成部分零部件组装成为整机，其中力矩问题一直被认为是发动机制造的核心问题，螺纹紧固力矩偏大或偏小直接关乎汽车驾驶者的行驶安全。
若螺栓力矩过小，则会使联接件与被联接件之间形成的夹紧力达不到设计要求，从而使车辆售出后顾客乘坐时螺栓经过一段时间颠簸后突然脱落而引发事故。
若螺栓紧固角度过大，直接后果就是螺栓当场断裂，需要返修。更重要的是螺栓处于塑性变形或拉伸变形阶段，这种隐性的变形会使联接件与被联接件夹紧力减小，且螺栓在此两个阶段内部已经形成较大的抗拉力，虽然从表面上并不能发现外观发生什么变化，但事实上车辆经过一段时间运行后仍然可能会导致螺栓突然断裂引发事故。所以研究螺栓力矩是非常有必要的。 1.2生产线拧紧工具及特点 ①、瓜生(URYU)UEP-MC扳手特点
UEP系列为考虑环境问题，是以商用电源为驱动源的瓜生的新型电动油压脉冲扳手。其采用DC无碳刷马达，实现了紧固的人类工程学（低噪音、低振动、低反作用），高效率，高精度作业。其精度可达到±3%。UEP-MC扳手由控制器、驱动器、扳手组成。 A、UEP-MC控制器
作用：控制输入UEP-MC扳手的脉冲数； 可以通过高精度的转矩控制、监控， 进行紧固+紧固根数管理。
特点：电源：以商用电源（100V~240V）作为驱
动源，所以容易建立生产线，并可以灵活应用对布局变化。
控制器
轻量：机架是用铝合金制作而成，加上启动工具积累的经验，达到了轻量，
高耐久性的设计。
电机：由于采用了DC无刷马达，故减少了声音、噪音、振动，也无需更换刷
子，免去了维护的麻烦。另外，因为带有伺服功能，所以在启动时就能顺利得到高输出。
脉冲：汇集了油压脉冲扳手的丰富技能和经验，可提供稳定的紧固。 安全性：对于超负荷运转、漏电、断电等的异常，能够立即使工具断开，可
以把工人、工作环境所受到影响降低到最小。
B、UEP-MC驱动器
作用：驱动UEP-MC扳手动作
特点：转速：稳定的控制UEP-MC扳手的转速，
使扳手输出地扭矩Tc达到设定的范围之 内。
C、UEP-MC扳手
输出力矩的执行元件。
②、东日扭力扳手
根据力的特性，采用负向施加力的动作，当外部施加的扭力达到一个已经设置好的数值且等于内部设定力值时，内部跳档机构动作，并且能听到啼嗒的声响时，表示已达到预设值。其精度可达到±3%。 操作注意事项：
1、扭力扳手是精密机械仪器。操作时应小心谨慎
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驱动器
UEP-MC扳手【力矩衰减】【力矩衰减】
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不可突然施加作用力而导致内部机构失灵。
2、不能把扭力扳手当铁锤使用, 应轻拿轻放,不可乱丢。 3、不能随意拆卸, 更换部件后应送校验组校准,
确认其功能是否满足要求。
4、不能超量程工作, 当达到设定值和听到喀喳声后应停止加力。 5、不可用异物堵塞, 粘接, 固定扭矩调节套筒或把手。
③、瓜生气动工具
利用压缩空气带动气动马达，气动马达传动油缸机构，使油缸内的液压油产生一定的压力和定量的脉冲，并产生扭矩，最后由打击轴传出。 现场使用中应注意的事项： 1、正确之代供气系统：
进气压力于工具入口处(非空压机之出气压力)一般为90PSIG(6.2Kg/cm2)，过高、过低均有损工具之性能及寿命。
进气必须含有充分润滑油，以便工具内气动马达得到充分润滑(可置一白纸于工具排气处检视是否有油渍，正常为有油渍现象)。
进气必须尽不含水份，若压缩空气未经空气干燥机是不恰当的。
2、不可任意拆除工具的零件后而操作，除了会影响操作者的安全还会致使工具损坏。
3、若工具略有故障或经使用不能达到原有功能时，不可再继续使用，要立即检查。 4、定期(约每周一次)检查、保养工具，添加黄油(Grease)于轴承等转动部位，添加机油(Oil)于气动马达部位。
5、使用各式工具，务必遵照各种安全规定及使用说明操作。
6、要选用适当的工具工作，工具过大容易造成工作伤害，工具过小容易致使工具损害。
1.3螺栓联接的特点
螺栓紧固过程中相关件的受力分布情况（见图1），从图1中可以看出螺栓紧固后，联接件与被联接件之间将形成一定的“夹紧力”，这个力是螺栓联接想要达到的目的，但事实上达到这个“夹紧力”的同时，联接件与被联接件还要承受一对横向的“剪切力”，而联接后螺栓受到来自联接件与被联接件施加的“张力”，
图1
根据牛顿第三定律得知，螺栓本身也会产生一个“抗张力”以保持受力平衡。
由上述分析可知，螺栓联接后想要的是使联接件与被联接件之间达到设计的夹紧力要求，夹紧力的大小就决定了联接的松紧。通过图1我们可以看出，联接件与被联接件之间的夹紧力大小与螺栓旋转圈数有关，事实上它们之间存在
图2
着特定的线性关系（见图2）。从图2中看出，夹紧力与螺栓旋转角度呈现的是一种分段型的线性关系，以联接件与被联接件开始接触时螺栓角度为初始角度0°、旋转1周角度递增360°计算，夹紧力大小将呈现以下三种状况：
（1）当螺栓旋转处于0～角度1时，夹紧力与螺栓角度呈现单调递增关系，螺栓在角度1时夹紧力达到最大值；
（2）当螺栓旋转处于角度1～角度2时，夹紧力基本不随角度增大而改变；
（3）当螺栓旋转处于角度2～角度3时，夹紧力随角度增大而呈现递减关系； （4）当螺栓旋转≥角度3时，此时螺栓承受的抗张力超过螺栓屈服极限即螺栓断裂。
1．4拧紧控制法特点
拧紧，实际上就是要使两被连接体具备足够的压紧力，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）。而不论是两被连接体间的压紧力还是螺栓上的轴向预紧力，在工作现场均很难检测，也就很难予以直接控制，因而，动力总成现场使用扭矩控制法（T）：
Tc
T= K dP
扭矩控制法是最开始同时也是最简单的控制方法，它是当拧紧扭矩达到某一设定的控制值Tc时，立即停止拧紧的控制方法。他是基于当螺纹连接时，螺栓轴向预紧力F与拧紧时所施加的拧紧扭矩T成正比的关系。他们之间的关系可用：
T= K F
来表示。其中K为扭矩系数，其值大小主要由接触面之间、螺纹牙之间的摩擦阻力Fu来决定的。在实际应用中，K值的大小常用以下公式来计算：
K= 0.161p + 0.585μ + 0.25μ(De + Di)
其中： p为螺纹的螺距；μ为综合摩擦系数；d2为螺纹的中经；
力矩衰减(三)
某SUV车型下摆臂力矩衰减原因浅析
摘 要：本文对一起SUV车型的力矩衰减进行了分析，运用了理论应力校核、试验验证的工具，找到了力矩衰减的原因。同时衡展在力矩设定过程中，针对不同材料进行相关理论计算校核，防止在车辆使用过程中出现材料蠕变，导致的力矩衰减。 关键词：力矩衰减;应力;材料强度;蠕变
螺纹联接标准化程度高、品种多、制造方便、易于拆装，可获得较大联接力，能适应各种工作条件，在汽车行业中应用广泛。从原理上说，螺纹联接能够满足自锁条件，在静载荷时不会自行松脱，但在冲击、振动或变载荷作用下，螺母松动却经常发生，需要采取相应措施，否则，螺纹联接失效会影响汽车的正常工作，甚至酿成事故。
1 问题描述
我公司某SUV车型试制车，下线后在试车道上行驶5圈，前下臂后安装点的紧固螺栓力矩衰减19%-31%。力矩衰减后会进一步引起螺栓返松，引起底盘异响，引起顾客强烈的抱怨。前悬下摆臂安装点和安装示意图如表1和图1所示。
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表1 图1
2 原因分析
因安装部位采用M14*1.5六角法兰面螺栓+六角法兰面螺母，在发生衰减车辆发现，螺母端安装力矩点漆未发生旋转，由此可以判定力矩衰减为轴向力减小所致，即安装螺栓被拉长或者被夹紧部件发生塑性变形。经验证螺栓不存在拉长，且与其他车型共用，不存在问题。
此问题重点对配合件性能，从以下两方面进行调查：
2.1 理论校核
前下摆臂安装螺栓采用M14*1.5，安装力矩为210Nm，根据《QC/T518-2007汽车用螺纹紧固件紧固扭矩》安装扭矩与预紧力之间计算公式：T=KFD
式中：T――拧紧力矩，Nm;
K――扭矩系数;
F――预紧力，N;
D――螺纹公称直径，mm。
经过计算得F=87.6kN，经过计算得失效位置的承压面积S=302mm2，则此处应力=F/S=87600N/302mm2=290N/mm2。
经查摆臂支座材料为铝合金（牌号6082-T6），材料抗拉强度为310MPa ，屈服强度为260MPa，即失效位置在螺栓拧紧过程中应力超过材料的屈服强度。
2.2 试验验证
2.2.1 试验方法：将螺母对中放在样件上，在压力机上压螺母，测量压力与位移的曲线，并用千分尺测量试验前、后厚度变化。
2.2.2 试验结果：在压到68kN时，铝合金支座出现压痕，失效位置厚度变形量0.21mm。
综上：失效位置在螺栓拧紧过程中应力超过材料的屈服强度，铝合金支座被压变形，在车辆使用过程中铝合金支座发生蠕变，导致力矩衰减。
3 整改对策
因摆臂铝合金安装支座结构已经确定，只能通过增加与铝合金支座配合面的承压面积来降低铝合金支座的应力，同时由普通螺母更换为全金属自锁螺母，防止螺母反松。
设计方案：
方案一：开发非标全金属自锁螺母，增加螺母法兰面尺寸至32mm，因开发周期长，且成本高，此方案不可取。
方案二：在螺母端增加直径为32mm、厚度为2mm的垫片。螺母更换为全金属自锁螺母，垫片开发周期短，成本低，方案可行。
4 效果验证
4.1 经过理论计算，变更后失效位置处应力由290MPa降至236MPa。
4.2 在90kN的压力下铝座位置B厚度变形量为0.015mm，更改后的方案可以满足要求。
5 经验总结
现阶段力矩确定基本采用逆向思维的方式，依据参考标杆车拆解力矩，并结合国标《QC/T_518-2007_汽车用螺纹紧固件紧固扭矩》进行确定，其过程中缺少对关键配合部位力矩校核计算的过程;在铝制部件连接时，对螺栓夹紧力与材料屈服强度进行校核，保证材料所受应力小于材料屈服强度，防止在车辆使用过程中出现材料蠕变，导致的力矩衰减。同时在装车验证时，重点关注铝合金等轻量化材料部位力矩衰减的验证。
此问题反映出在产品零部件设计时，要充分识别零部件材料及其工作环境，并进行相关理论计算校核，防止在车辆使用过程中出现材料蠕变，导致的力矩衰减。在设计螺栓紧固连接过程中要特别注意，涉及铝合金的轻量化材料的摆臂、转向节等零部件螺栓、螺纹连接部位，必须进行配合件的力矩校核，同时考虑比较牢靠的防松方式，以便有效的降低力矩衰减对整车造成的失效风险。
参考文献：
[1]卜炎.螺纹联接设计与计算[M].北京：高等教育出版社，1995.
[2]徐兵.螺纹联接的松脱机理及其防松措施[J].现代零部件，2004，8：80～84.
[3]姚贵升.汽车金属材料应用手册[M].北京：北京理工大学出版社，2000.
[4]姚敏茹.螺纹联接防松技术的研究应用与发展[J].新技术新工艺，2006，6：26-28.
作者简介：
祝朋飞，男，身份证：130637198409211235，长城汽车股份有限公司技术中心。
力矩衰减(四)
绳系太阳能发电卫星姿态机动的边界控制
摘要： 针对绳系太阳能发电卫星大角度回转机动时太阳能板的振动抑制问题，提出了主姿态控制和边界最优主动振动控制相结合的复合控制方法。基于Lyapunov方法设计的主姿态控制器不但能够使卫星完成姿态机动，而且能够以太阳能板根部的弯曲力矩作为反馈信息，通过改变太阳能板根部的控制力矩来保证挠性结构振动的衰减性。考虑到绳的单侧饱和非线性特性，用非二次型性能指标代替传统的二次型性能指标设计的边界最优控制器能够进一步抑制挠性结构的振动。设计的同时证明了系统的稳定性及控制器的最优性。将该复合控制方法用于绳系卫星大角度单轴回转机动的仿真研究，仿真结果验证了该控制策略的有效性。 关键词： 绳系太阳能发电卫星； 边界控制； 复合控制； 回转机动
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