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装配 │ 摩擦系数测定标准VDA235-203解读

装配 │ 摩擦系数测定标准VDA235-203解读 兹懋Zmart
2020-07-31
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导读:VDA235-203 是德国汽车工业协会(VDA)出具的一部螺栓连接特性/摩擦系数以实践及装配为依据的试验标准,它是ISO 16047的补充。


VDA235-203 是德国汽车工业协会(VDA)发布的以实践及装配为依据的螺栓连接特性/摩擦系数试验标准,是ISO 16047标准的补充,通过结合实际装配中的情况和已知的问题,提出更详细更具体的试验实施方法。




众所周知,汽车主机厂对产线的装配时间有着严格的要求,为了缩短相应的装配时间,在实际过程中,螺栓和螺母都是通过多步拧紧来进行组装,即先以高速进行预拧紧,再以较低的速度(20r/min)进行终紧,以保证精准达到终拧扭矩。

在快速拧紧阶段,不可避免地造成螺栓涂层由于受热而造成表面损伤,极端的情况下甚至会产生“粘滑效应”。同时考虑到有部分螺栓可能会在高温(90-150℃)环境中工作,以及可能因维修等原因螺栓需要多次拆装,这样实际装配中的摩擦系数就会和以ISO16047标准测试出的结果有差异,为了消除该差异使实验室的测试结果更真实有效,VDA235-203应运而生


首先,标准制订了高速拧紧测试过程

1、预紧:在室温下以200r/min的速度进行,拧紧扭矩约为最终扭矩的30%。
2、短暂的停顿。
3、终拧:以20r/min的速度进行直至目标值。


该测试方法目标是
尽最大可能使在实验条件下模拟产线上的实际装配情况当然很重要的一点是,测试用的拧紧设备应该与产线上的拧紧工具相似——使用拧紧轴,而不是大功率的马达。当然,一般情况下,大功率马达是达不到200r/min高转速的。

但使用小直径的拧紧轴也一定的缺陷:主轴可能会发生扭曲,而这可能导致拧紧过程中产生粘滑效应。粘滑效应是一种共振效应,它取决于主轴的扭曲,机械的转接器,拧紧转速和实际的摩擦条件。

只有当实验室拧紧设备的尺寸和产线上拧紧设备相同或者非常接近时,才有可能测试出后期装配线上是否可能会发生粘滑效应。比如发生粘滑现象的一个必要条件就是摩擦系数,临界的摩擦系数远远高于通常要求的范围0.09-0.14。

发生粘滑现象的情况下,摩擦系数最低为µtot = 0.2。当然在生产线上装配时,是不允许发生粘滑现象的,否则u装配的过程将变得不可控。若怀疑可能会产生粘滑现象,则就应通过不断调整拧紧转速来找出可能产生的根源,来进行调整以避免发生粘滑效应。

在螺纹和支撑面的粘滑效应


在高温环境下螺栓的松动扭矩

阐述了高速分段拧紧和粘滑效应后,我们来看VDA235-203中另一个重要的部分:在高温环境下螺栓的松动扭矩。

该测试的主要目的是为确认一些应用于动力总成周围的螺栓是否会因为高温(90-150℃)而导致松动扭矩减小,来避免车辆运行过程中因为螺栓和被连接件温度升高导致螺栓松动。为了能够准确的测量出该松动扭矩,我们的测试步骤如下:

1、准备以下专用测试块,该测试块需要满足:

1)在室温下由固定式主轴以20r/min的速度装配拧紧。
2)目标扭矩为Rp0.2(屈服点)的70%。
3)室温下摩擦系数最小为µges=0.08
4)使用清洗汽油或者超声波进行彻底清洗。


2、理论松动扭矩按照以下步骤进行计算:
1)螺栓连接的拧紧在室温下用固定的螺杆以(20min­¹的转速)进行
2)拧紧后在螺栓头部位置做标记
3)根据以下公式通过MA 和µtotal,RT 来计算Fv。
4)螺栓连接件在预热的炉中在试验温度下及相应的时间内完全热透进行温度贮存(例如2小时)
5)从加热室取出模块,检查是否松动。如螺栓头移动时,涂层失效。

如螺栓头未移动,继续下一步。
6)然后立即用螺杆将螺栓连接松开(转数=5min­¹),同时测量松开力矩及始动力矩峰值。温度的快速下降可通过用于夹紧试样的加热的或绝缘的卡爪来避免。通过下图所示的松开图来确定松开扭矩MLG


7)最后通过以下公式计算松动方向的摩擦系数:

        
当然正常试验过程中我们是不需要自己进行公式计算的,只要通过专业的摩擦系数测量设备就可以自动计算出结果。

输入测量值后,testXpert自动根据相应的标准对结果进行评估。


多次拧紧

最后VDA235-203还提出了一个新的概念——多次拧紧,这通常用于评价在规定拧紧扭矩时达到的预应力稳定性。例如车轮螺栓就需要考虑多次拧紧,以保证正常的维修更换等情况。

多次拧紧应用最多的为大众公司,他们以VDA235-203为蓝本,设定了螺栓多次拧紧测试方法,并制定了自己的具体测试方法VW01131:
1)该方法将接头装配到给定的扭矩值。松开关节,重复紧固——总共5次。
2)从所有5个紧固件中选择最小的夹紧力。根据最小夹紧力值来确定摩擦系数µ-tot,µ-th和µ-b。
3)将最小的夹紧力值和各紧固步骤的步数输入软件中,所有摩擦系数的结果将自动计算。



软件可以一次性对五组数据的最小夹紧力对应的摩擦系数进行评估

通过这样一组测试就可以得到螺栓因为多次反复拧紧导致的摩擦系数变化,从而更深刻的了解螺栓在实际装配中的性能。

到此,您应该了解了VA235-203标准相对于ISO16047的区别了。当然,知道了测试方法后,一台拥有高速拧紧轴,高精度传感器,稳定可靠重复性的专业测试设备也是不可或缺的。


兹懋(Zmart)是德国先进紧固技术在中国的代言人,旨在通过引进最先进的紧固技术助推中国先进制造业的发展。

专业提供源自德国的螺纹紧固连接检测、校准等仪器设备和售后服务,以及为紧固件使用和制造单位提供紧固连接全寿命周期设计校核、有限元模拟、产品优化、过程优化、失效分析等解决方案和培训服务。

如果有关于摩擦系数的任何问题,可以随时联系我们。

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