JPH0457681A - ねじ部材の締付方法 - Google Patents

ねじ部材の締付方法

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JPH0457681A
JPH0457681A JP17202490A JP17202490A JPH0457681A JP H0457681 A JPH0457681 A JP H0457681A JP 17202490 A JP17202490 A JP 17202490A JP 17202490 A JP17202490 A JP 17202490A JP H0457681 A JPH0457681 A JP H0457681A
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Tsutomu Yamada
勉 山田
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、ボルト等のねじ部材を弾性限界付近に締付け
るようにした締付方法に関するものである。
(従来の技術) 従来より、この種ねじ部材の締付方法としては、次のよ
うなものが知られている。
■ 予め設定された所定トルクまでねじ部材を締付ける
トルク法(特公昭60−14675号公報等参照)。
■ 予め設定された設定回転角だけねじ部材を締付ける
角度法(特公昭61−5857号公報等参照)。
■ ねじ部材の締付途中において締付回転角増加分に対
する締付トルク増加分の割合であるトルクレートを求め
、該トルクレートから理論上の着座点を求め、該着座点
から所定角度に達するまで締付けを行う方法(特開昭6
2−102978号公報等参照)。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、上記■のトルク法では、ねじ部材と該ね
じ部材が螺着される被螺着部材との間に生じる摩擦係数
の影響を大きく受けるため、この摩擦係数の違いにより
締付軸力が大きくばらつくという問題がある。また、■
の角度法でも、回転角度の出発点である着座トルクまで
は摩擦係数の影響を受けることから、着座トルクが高い
場合には、高い締付軸力を得ようとすると、摩擦係数が
低い場合に降伏域に入る可能性がある。更に、■の方法
では、トルク法に比べて締付軸力は安定するが、ねじ部
材の降伏を考慮すると、低目の締付軸力で安定せざるを
得ないという問題が残る。
そこで、本出願人は、先に、摩擦係数に影響されること
なく常に弾性限界付近の締付軸力を確保可能とする締付
方法を提案している(特願平1−32027号明細書及
び図面参照)。すなわち、この提案の締付方法は、ねじ
部材と該ねじ部材が螺着される被螺着部材との間に生じ
る摩擦係数が最大値及び最小値である場合に、ねじ部材
の弾性限界締付時においてそれぞれ発生する締付軸力か
らその差を求め、該締結軸力差と略等しい軸力差に対応
する着座トルクを求めて、該着座トルクが得られるまで
トルク法により上記ねし部材を締付けた後、角度法によ
り所定角度締付けるようにしたものである。
ところが、ねじ部材や被螺着部材の形状等に起因してそ
れらの締付途中で摩擦係数が変化することがある。この
ようなものに対しては、上記提案の締付方法では、その
効果を十分に発揮することができない。すなわち、第5
図に示すように、摩擦係数μが低い程降伏域Zは締付軸
力Fの高い方に上昇することから、設定トルク時(トル
ク法で着座トルクTxにまで締付けた時点)の摩擦係数
μaに比べて締付終了時点の摩擦係数μbが低い場合に
は、設定トルク時から所定角度θ1締付けても弾性限界
付近の所定域Aに達せず、締付不足が生じるからである
本発明はかかる諸点に鑑みてなされたものであり、その
目的とするところは、上記提案の締付方法に対し改良を
加えて、締付途中における摩擦係数の変化に影響される
ことなく、弾性限界付近の所定域に締付軸力を安定化さ
せ得るようにするものである。
(課題を解決するための手段及び作用)上記目的を達成
するため、本発明の解決手段は、ねじ部材の締付方法と
して、ねじ部材と該ねじ部材がa看される被螺着部材と
の間に生じる摩擦係数が最大値及び最小値である場合に
、ねじ部材の弾性限界締付時においてそれぞれ発生する
締付軸力からその差を求め、該締結軸力差と略等しい軸
力差に対応する着座トルクを求めて、該着座トルクが得
られるまでトルク法により上記ねじ部材を締付けた後、
角度法により所定角度締付けるようにすることを前提と
する。
そして、締付角度と締付トルクとの相関図上において、
締付途中のトルクレートを求めるとともに、該トルクレ
ートから理論着座点を算出し、該理論着座点と締付終了
時点の締付角度及び締付トルクの値とから仮想のトルク
レートを求め、更に、締付途中の所定締付トルク時にお
ける上記締付途中のトルクレートと仮想のトルクレート
との角度差を求める。そして、この角度差分締付終了時
点からねじ部材を追い締めする構成とするものである。
次に、本発明の理論について、第6図を参照して説明す
る。尚、第6図はねじ部材の締付途中で摩擦係数が変化
するものの場合における締付角度と締付トルクとの相関
図である。
締付途中において、締付トルクが所定量具なる二点(ト
ルクTl、T2の二点)間の締付角度を測定することで
トルクレートRTIが求められるとともに、このトルク
レートRTIの傾きを表す直線と横軸との交点として理
論着座点(締付角度θ0の点)が算出される。また、上
記理論着座点と締付終了時点の締結角度及び締付トルク
の値とから仮想のトルクレートRT2が求められる。
ここで、締付途中で摩擦係数の変化がなく、初めからR
T2の特性を示すものであれば、初期トルクT1時には
RT2直線上のA点まで締付けられ、このA点から角度
法により所定角度θ1締付けられる。従って、締付途中
で摩擦係数が変化するものの場合は、上記初期トルク1
1時における締付途中のトルクレートRT1と仮想のド
ルクレー)RT2との角度差θα程締付終了時点から追
い締めをすると、上記A点から所定角度θ1締付ける場
合と同等の締付軸力が得られ、第5図に示す弾性限度付
近の所定域Aに達することになる。
(実施例) 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第3図は本発明に係わるボルトの締付方法に使用するボ
ルト締付装置の全体構成を示す。
第3図において、1はナツトランナであって、該ナツト
ランナ1は、ボルト頭部に嵌合するソケット2と、該ソ
ケット2を主軸(図示せず)を介して回転駆動するモー
タ3と、主軸のトルクを検出するトルクトランスデユー
サ4と、主軸の回転角を検出する角度エンコーダ5とを
備えている。
6は上記ナツトランナ1の作動を制御するCPUである
また、11及び12は上記CPU6によって演算された
着座トルクTxに基づいてトルク設定を行う第1及び第
2トルク設定器であり、本実施例の場合、第1トルク設
定器11のトルクTlは、着座トルクTxと同値に設定
され、第2トルク設定器12のトルクT2は、トルクT
l  (つまり着座トルクTx)よりも所定量大きい値
に設定されている。13及び14はコンパレータであっ
て、該各コンパレータ13,14は、上記トルクトラン
スデユーサ4が検出する締付トルクと、対応するトルク
設定器11.12が設定した設定トルクTl、T2とを
比較し、両者が一致したときに対応するトルクゲー)1
5.16を介してCPU6に信号を送るようになってい
る。
さらに、17は上記トルクトランスデユーサ4からの信
号を受は締付終了時点の締結トルクとしてのピークトル
クTsを記憶するピークトルク記憶器であり、該記憶器
17に記憶されたピークトルクTsは、CPU6に対し
その情報として適宜入力される。18及び19はそれぞ
れボルトの摩擦係数の最小値μsin及び最大値μWa
Xを設定する摩擦係数設定器、21〜23はCPU6か
らの制御信号を受け、角度エンコーダ5で検出した回転
角信号を各々CPU6に送る第1〜第3角度ゲート、2
4はCPU6からの出力をナツトランナ1のモータ3へ
伝達するサーボアンプである。
次に、上記ボルト締付装置を用いてボルトを締付ける方
法を第1図及び第2図に示すフローチャートを参照しつ
つ説明する。
第2図はボルトの締付けに先立って行われるボルトの着
座トルクTxを演算するフローを示す。
このフローにおいては、締付けるボルト特有の摩擦係数
の最小値μ■1n及び最大値μ■aXを摩擦係数設定器
18.19からCPU6に入力した(ステップSL)後
、該CPU6で着座トルクTxの演算を行う(ステップ
S2)。
ここで、第4図に示すように、摩擦係数の最小値μsi
n及び最大値μmaXを表す摩擦係数線Gl。
G2の傾斜を表す係数をKl、に2とすると、上記摩擦
係数線Gl、G2は、 F−Kl ・T            ・・・(1)
F−に2  ・T              ・・・
(2)で表される。
従って、上記両式と弾性理論に基づく弾性限界を表す関
数式とから求められる弾性限界締付時の締付軸力差ΔF
をもとに、これと等しくなる着座トルクTxに対応する
締付軸力差ΔF−は、下記の式により導き出すことがで
きる。
Fl −Kl ・T            ・・・(
1)−F2−に2 φT            ・・
・C2)′、°、ΔF−−Fl −F2 −TX −(KL −に2 ) 従って、ΔF−ΔF′時の最適なる着座トルクTxは、 Tx −ΔF/ (Kl −に2 ) で求められる。
このようにして求められた着座トルクTxは、CPU6
から第1及び第2トルク設定器11.12へ送られ、該
各トルク設定器11.12でのトルク設定に用いられる
(ステップS3)。
以上のような着座トルクTxの演算が終了した後、第1
図に示すフローに従ってボルトの締付けが行われる。
すなわち、先ず、ステップS11で外部からのナツトラ
ンナスタート信号によりCPU6は、サーボアンプ24
を介してナツトランナ1のモータ3を回転させてボルト
の締付けを開始する。そして、ステップS12でトルク
トランスデユーサ4の検出した締付トルクTと第1トル
ク設定器11で設定された設定トルクTIとが一致する
のを待って、ステップS13で第1及び第2角度ゲート
21.22をONにする。
続いて、ステップSL4で締付けを続行しながら、ステ
ップS15で締付トルクTと第2トルク設定器12で設
定された設定トルクT2とが一致するのを待って、ステ
ップS16で第1角度ゲート21をOFFにする。そし
て、ステップS17において、第1角度ゲート21のO
N期間(つまり締付トルクTが設定トルクT1から設定
トルクT2になるまでの期間)における締付角度Δθを
求め、締付途中のドルクレー)RTIを下記の式により
求める(第6図参照)。
RTI −(T2−Tl )/Δθ 続いて、ステップ5lliで締付けを続行しながら、ス
テップS19で第2角度ゲート22の読み込み角度パル
スがCPU6内に予め設定されている角度θ1 (第6
図参照)に達するのを待つ。そして、ステップS20で
おいて、サーボアンプ24を働かせてボルトの締付けを
一時停止する。また、トルクトランスデユーサ4からの
ピークトルクTs(現時点つまり締付を一時停止した時
点(以下、締付終了時点という)の締結トルク)Tsを
読み込む。
しかる後、ステップ821において、締付終了時点の仮
想トルクレートRT2を求める。この仮想のドルクレー
RT2は、第6図において、締付途中のトルクレートR
TIの傾きを表す直線が横軸と交わる点を理論着座点θ
0とし、この理論着座点θ0とトルクレート曲線上の締
付終了時点に対応する点Bとを結ぶ直線であり、下記の
式により表される。
RT2−Ts /θ2 −Ts/(θl +TI /RTI )そして、上記締
付途中のトルクレートRTIと仮想の両ドルクレー)R
T2とを比較し、これらが略等しい(RTI =RT2
 )ときには、締付けをそのまま終了する。
一方、締付途中のドルクレー)RTIが仮想のトルクレ
ートRT2に比べて大きい(RTI >RT2)ときに
は、ステップ521において、更に設定トルクTIに達
した時点における上記締付途中のトルクレートRTIと
仮想のトルクレートRT2との角度差θαを求める。こ
の角度差θαは、下記の式により演算する。
続いて、ステップS22で第3角度ゲート23をONに
した後、ステップ52gでボルトの締付けを開始して上
記角度差分θα締付終了時点から追い締めする。そして
、ステップS24でこの追い締めが完了するのを待って
締付けを終了する。
したがって、このような方法でボルトを締付ける場合に
おいて、摩擦係数μが締付途中で変化しないものの場合
(つまり締付途中のトルクレートRTIと締付終了時の
仮想トルクレートRT2とが略等しい場合)には、第4
図に示す如く、摩擦係数が最大値μlaX及び最小値μ
sinである場合における弾性限界締付時の締付軸力差
ΔFと等しい軸力差ΔF′に対応する着座トルクTxが
得られるまではトルク法でボルトを締付け、しかる後、
角度法により所定角度θ1締付けることにより、摩擦係
数に影響されることなく、締付軸力Fを常に弾性限界付
近の所定域Aに確保することができる。
また、摩擦係数μが締付途中で変化するものの場合(つ
まり締付途中のトルクレートRTIが締付終了時の仮想
ドルクレー)RT2よりも大きい場合)には、設定トル
クTL  (つまり着座トルクTx)に達した時点にお
ける上記締付途中のトルクレートRTI と仮想トルク
レートRT2との角度差θαに相当する分線付終了時点
から追い締めすることにより、締付軸力Fを弾性限界付
近の所定域Aに確保することができ、その安定化を図る
ことができる。
(発明の効果) 以上の如く、本発明におけるねじ部材の締付方法によれ
ば、締付途中のトルクレートと仮想トルクレートとの角
度差分を締付終了時点からねじ部材に対して追い締めす
ることにより、締付途中における摩擦係数の変化に影響
されることなく、締付軸力を弾性限度付近の所定域に保
持することができ、締付軸力の安定化を図ることができ
るものである。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の実施例を示すもので、第1図はボルトの
締付方法のフローチャート図、第2図はボルトの着座ト
ルクエXを演算するフローチャート図、第3図はボルト
の締付方法に使用するボルト締付装置の全体構成図、第
4図はボルトの締付方法における着座トルクの求め方を
示す図である。 第5図はねじ部材の締付途中で摩擦係数が変化するもの
の場合における締付トルクと締付軸力との相関図であり
、第6図は同じく摩擦係数が変化するものの場合におけ
る締付角度と締付トルクとの相関図である。 1・・・ナツトランナ 4・・・トルクトランスデユーサ 5・・・角度エンコーダ 13.14・・・コンパレータ 15.16・・・トルクゲート 21〜23・・・角度ゲート 竜1四界5L U− ロ二 第 図 第 図 第 ] 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ねじ部材と該ねじ部材が螺着される被螺着部材と
    の間に生じる摩擦係数が最大値及び最小値である場合に
    、ねじ部材の弾性限界締付時においてそれぞれ発生する
    締付軸力からその差を求め、該締結軸力差と略等しい軸
    力差に対応する着座トルクを求めて、該着座トルクが得
    られるまでトルク法により上記ねじ部材を締付けた後、
    角度法により所定角度締付けるようにした締付方法であ
    って、締付角度と締付トルクとの相関図上において、締
    付途中のトルクレートを求めるとともに、該トルクレー
    トから理論着座点を算出し、該理論着座点と締付終了時
    点の締付角度及び締付トルクの値とから仮想のトルクレ
    ートを求め、更に、締付途中の所定締付トルク時におけ
    る上記締付途中のトルクレートと仮想のトルクレートと
    の角度差を求め、この角度差分締付終了時点からねじ部
    材を追い締めすることを特徴とするねじ部材の締付方法
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009083026A (ja) * 2007-09-28 2009-04-23 Mazda Motor Corp ボルト締結方法及びその装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009083026A (ja) * 2007-09-28 2009-04-23 Mazda Motor Corp ボルト締結方法及びその装置

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