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ファスナーの組み立て方法

締め付け時の実際のカップリング構造の要件に応じた、ねじ部品の組み立て方法と組み立てグレーディングテクノロジー。 最も適切な方法とプロセスを選択し、高度なアセンブリ技術の応用を説明します。 信頼性を向上させながら、ボルト仕様を削減し、結合構造をコンパクトにし、軽量化とコスト削減の目的を実現します。これは自動車の軽量化において非常に重要です。

序文
ねじ接続は、自動車部品で一般的に使用される4つの接続モードの1つです。 理由は、そのシンプルな構造、信頼性の高い接続、簡単な組み立て、簡単に分解・再利用性の良い、それは自動車の製造技術と自動車製造における、より経済的な製造方法の一つで最も標準化された機械的な部分です。


乗用車では、車両あたりのスレッドファスナーの平均数は約500種類、4000 PC、重量50 kgです。 商用車では、車両ごとに使用されるねじ部品の平均数は約7,000で、重量は88kgで、そのうち高力ボルトが1/3を占めています。 自動車のねじファスナーのコストは車両全体のコストの約2.5%を占め、組立ラインのねじファスナーの作業負荷は70%を占め、その重要性を示しています。

組立方法
ねじ結合の目的は、ボルト/ナットを締めることにより、結合された部品を確実に結合することです。 アセンブリの本質は、締め付けプロセス中に軸方向の予圧を制御することです。 軸方向予荷重の要件は、製品設計と材料技術の組み合わせです。 軸方向の予圧の要件は、製品設計と材料技術レベルの包括的な反映です。


ねじ部品を締めると、ねじ間の摩擦と支持面の摩擦に打ち勝つ必要があります。 六角ボルトの場合、締め付け時に軸方向の予圧を与えるために使用されるのはエネルギーの約10%だけで、残りの90%のエネルギーは摩擦を克服するために使用されます。 実際の組み立てプロセスで予荷重を直接測定および監視することは非常に難しく、間接的にしか制御できません。
 
締め付けトルク、回転角、伸び量は、軸方向の予圧と一定の関係があります。 これらのパラメータを制御することによる予圧の間接的な制御は、糸締め技術の基本原則です。 典型的なねじ部品を組み立てるには、トルク法、トルク回転角法、降伏点法、伸び法の4つの方法があります。


2.1トルク法
トルク法は、最も広く使用されている制御方法の1つです。 ボルトの軸方向の事前締め付け力と締め付けトルクの基本的な関係に従って、事前締め付け力は、一般に弾性ゾーンで使用される締め付けトルクを制御することによって制御されます。 図1に示すように。


トルク法
図1トルク法
 

締め付けトルクTと軸方向の予圧力Fの関係は次のとおりです。
   締め付けトルクT


式では、T:トルクを締めます。
F:軸方向の予圧、
P:ピッチ、
α:フランク角、
D2:ねじ径、
dW:支持面の等価摩擦直径、
μS:ねじ摩擦係数、
μW:座面の摩擦係数。

トルク法で組み立てた場合、摩擦係数の影響により、軸方向の予圧力が大きく変動し、材料のポテンシャルが十分に活用されず、ボルト強度の利用率が低くなります。 ただし、操作が簡単で、コストが低く、ほとんどのねじ継手に効果的であるため、依然として最も一般的に使用されている組み立て方法です。

2.2トルク回転角法
トルク回転角法:
ネジを締めると、指定された初期トルク(つまり、フィットトルク)に達した後、ネジ部分が指定された角度に回転します。 この方法は、特定の角度変位に基づいてボルトの特定の軸方向の伸びを生成し、結合部材によって圧縮され、特定の予荷重をもたらします。 回転角は、事前に計算または実験によって取得する必要があります。

一般的に使用されるトルクと回転角度の方法は2つあります。1つは、ねじ部品を弾性ゾーンに締め付ける方法です。 図2aに示すように、角と軸方向の予荷重の関係は次のとおりです。
 

トルク回転角法
式では、θ:コーナー、F:軸方向の予荷重、P:ピッチ、C1:ボルト剛性、C2:結合部品の剛性。 ボルトの軸方向の予圧は、システムの剛性に関連しています。

もう1つは、ねじ継手が降伏点、つまりプラスチックゾーンより上に締め付けられていることです。 図2bに示すように、軸方向の予圧はボルトの強度に関係しています。
 
軸方向の事前締め付け力とボルト強度
 
図2回転角と予圧の関係

トルク-締め付けプロセス中の角度法。 摩擦係数は締め付け品質にほとんど影響しません(フィッティングトルクに達した段階にのみ影響し、角度制御段階には影響しません)。また、比較的高い予締め付け力が得られ、予締め付け力の分散が小さい。プラスチックゾーンに締め付けると、ボルトの支持力を十分に活用して、品質の不良なボルトを取り出すことができます。
しかし、そのような締め付け方法は複雑な操作であり、コストが高く、短いボルトの小さな角度には適用されません。 大きな事前締め付け力(特にプラスチックゾーンへの締め付け)のため、可塑性が低く、繰り返し使用されるボルトの適用性を考慮する必要があります。

2.3降伏点法
降伏点法。トルクスロープ法とも呼ばれます。 締め付けトルクと角度曲線の締め付けプロセスの勾配を監視することにより、ねじは降伏点の方法にしっかりとねじ込まれます。
締め付けプロセス中、締め付け曲線は弾性ゾーンからプラスチックゾーンに変化し、トルクと角度の線形関係が変化し、勾配も変化します。 勾配の変化が特定の範囲に達すると、図3に示すように、降伏点に達すると見なされます。

 
 降伏点法
図3降伏点法

降伏点法の締め付け品質(事前締め付け力の分散)は、ボルトの降伏強度にのみ関係し、摩擦係数と回転角度の開始点の影響を受けないため、組み立て精度を向上させることができます。 ボルトを最大化する機能は、ボルトを降伏点まで締め付けることで達成されます。
欠点は、演算機能を備えた自動締め付け機が必要であり、制御システムが複雑で、価格が高く、ボルトの材質、構造、および熱処理が非常に高いことです。 そして、それは一般に、比較的高さが必要な取り付け部品に適用されます。

2.4伸び法

超音波またはその他のマイクロメーターを使用した伸長方法。ボルトの端の直後の細長い長さの締め付けまたはねじ込み中に測定されます。 予圧力とボルトの長さの変化量との関係を使用して、軸方向の予圧力を制御する方法。 弾性変形の範囲では、軸方向の予荷重力は、ボルトの力の断面積、伸び、強度に関係しています。
 
伸び法

式では:
δb:伸び、
F:軸方向の予圧、
Cb:ボルト剛性、
Le:ボルトの有効長、
Eb:ボルトの弾性率、
Ab:ボルトの断面積。


 
ボルトの強度グレードとサイズが決定されると、事前締め付け力はボルトの伸びにのみ関係し、摩擦係数、接触変形、ジョイントの変形などのさまざまな要因の影響を排除できます。
したがって、最高の制御精度が得られ、重要なボルト継手の予荷重制御方法として使用できます。

ただし、測定デバイス(マイクロメートル、超音波など)は特定のジョイント構造に実装するには不便であり、生産サイクルに影響を与えるため、自動車業界では広く使用されていません。 実験室条件下では、伸長法は、キャリブレーション、キャリブレーション、および実験開発に不可欠な手段です。

ねじ継手を組み立てる4つの方法には、それぞれ長所と短所があります。 締めるときは、実際のジョイント構造に従って決定する必要があります。 接続された部品の要件、軸方向予荷重の精度要件、および制御方法の適用を決定するために、実験と分析を通じて最適な方法が選択されます。
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