徐美良

（東風（十堰）有色鑄件有限公司，湖北 十堰442062））

1 引 言

喉箍以其抗扭耐壓、調(diào)節(jié)范圍大等優(yōu)點，成為廣泛應(yīng)用于軟硬管連接的緊固件。而它在連接軟管時，因力矩衰減、喉箍打滑等原因造成的總成泄漏是常見的問題。本文通過對曲軸箱通風合件裝配工藝的改進，來分析裝配類似產(chǎn)品(軟連接)時需注意的事項以及應(yīng)采取的措施。

2 曲軸箱通風合件的結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求

在發(fā)動機工作時，燃燒室的高壓氣體會漏入曲軸箱內(nèi)，為防止曲軸箱壓力過高，必須實行曲軸箱通風。曲軸箱通風合件的作用便是將曲軸箱中的氣體排出。所以，其性能的好壞對提高系統(tǒng)可靠性、有效控制漏油及漏氣等有重要影響。

曲軸箱通風合件由曲軸箱通風口蓋、橡膠管和喉箍（管夾）3 部分組成，如圖1 所示。

其主要技術(shù)要求為：扭緊力矩3±0.5N·m，裝配擰緊速度≤500r/min，總成須保證發(fā)動機正常工作時不發(fā)生泄漏。

圖1 曲軸箱通風合件總成圖

3 存在的問題

3.1 喉箍裝配后力矩衰減

力矩衰減是指擰緊后發(fā)生在緊固件上的力矩降低現(xiàn)象。衰減后的力矩值低于目標值但比較穩(wěn)定，一般在擰緊操作完成后的30ms 內(nèi)會完成60%以上的力矩衰減。

在生產(chǎn)中，裝配時的力矩是3.5N·m，幾個小時后再次測量，約有30%的喉箍力矩會衰減到2.5N·m 以下，使總成無法滿足使用要求。

3.2 喉箍進貨檢驗難

裝配時，部分喉箍未達到規(guī)定扭矩便會打滑失效,而有的雖然在裝配時未失效，但其工作處于極限狀態(tài)，在總成密封性試驗時問題便會暴露出來，導致泄漏，影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率。

3.3 密封性要求

因曲軸箱通風口蓋管接頭處為非加工表面，雖然要求的扭緊力矩為3±0.5N·m，但從實際生產(chǎn)情況看，為保證總成的密封性要求，裝配后的力矩應(yīng)大于技術(shù)要求中的上限值3.5N·m。

4 改進措施

為滿足總成性能，裝配后的力矩須穩(wěn)定在3.5N·m 以上，考慮到力矩衰減這個問題普遍存在，所以須從以下幾方面采取措施進行控制。

4.1 改進喉箍進貨檢驗方法、增加檢驗項目

通過查詢喉箍相關(guān)標準發(fā)現(xiàn)，與國外標準比較，我們有很多方面都缺乏控制。

從使用情況出發(fā)，增加了進貨檢驗項目。要求供應(yīng)商提供每批喉箍的材料物理和化學性能報告、鹽霧試驗報告，扭矩試驗報告，耐壓試驗報告，名義直徑圓柱度報告等。每份報告都必須由有資質(zhì)的檢驗機構(gòu)提供。喉箍自檢時，采用圖3 所示的剛性心軸。

圖中，直徑D 與管夾可以使用的最大直徑相等，直徑d 與管夾可以使用的最小直徑相等，d1為本產(chǎn)品擰緊時喉箍的工作直徑。心軸的每個直徑可檢驗喉箍在對應(yīng)直徑時的性能。

檢驗時，將喉箍套在圖3 所示的剛性心軸上并擰緊，施加扭矩為6.5N·m，用力矩扳手檢驗扭矩三次，每次不得小于5N·m，然后將喉箍退出并檢驗鋼帶外觀，不許有明顯的塑性變形。

經(jīng)過實際驗證以及查詢大量的國內(nèi)外標準，圖3 所示的綜合剛性心軸和檢驗方法可以很客觀地評價喉箍的性能，使檢驗方便直觀。

圖2 美式喉箍

圖3 綜合剛性心軸

4.2 改進裝配工裝

將橡膠管套在曲軸箱通風口蓋的管接頭上（注意橡膠管的方向），喉箍套在橡膠管的指定部位，然后在裝配工裝上固定好，用已調(diào)好的電動扳手將喉箍擰緊至要求的扭矩值。裝配工裝如圖4 所示。

此工裝的特點是：兩邊的卡槽與喉箍相配合，卡槽位置精確，卡槽一的下部有厚度為8mm 的凸臺，這樣既可以保證喉箍在擰緊過程中不會發(fā)生傾斜或偏移，使裝配過程平穩(wěn)，又可以保證喉箍的裝配位置正確。而且，兩邊的卡槽大小不同，可以保證喉箍不會裝反，起到防錯的作用；同時，防錯墊塊可以保證橡膠管的位置正確。

圖4 曲軸箱通風合件裝配工裝

4.3 提高動態(tài)扭矩值

為降低力矩衰減對總成密封性的影響，通過計算和查詢喉箍的相關(guān)標準以及生產(chǎn)中所積累的經(jīng)驗，將喉箍的擰緊力矩設(shè)為4.5±0.5N·m，操作時取上限值進行擰緊。

4.3.1 喉箍的簡單受力分析

在螺紋聯(lián)接中，通常90%的扭矩被摩擦力消耗，只有10%的扭矩轉(zhuǎn)化為夾緊力。喉箍擰緊時，各接觸面（如螺釘與箍殼、螺釘與鋼帶等）為滑動摩擦，摩擦阻力大，所以也存在這種情況。

從生產(chǎn)中的情況看，破壞主要為鋼帶的嚴重變形或斷裂，所以，應(yīng)校核鋼帶的抗拉強度。

圖5 鋼帶主要外形尺寸

為計算作用在鋼帶上的力，借助蝸輪蝸桿模型進行受力分析（受力分析圖可參閱《機械設(shè)計手冊》），則

式中，F(xiàn)t1和Ft2分別為作用在螺釘上的切向力和軸向力。則作用在鋼帶上的圓周力Fa=Fa1=1190N。

本喉箍的鋼帶材料為301 不銹鋼，冷軋?zhí)幚?，抗拉強?200MPa，屈服強度800MPa，硬度380HV。取安全系數(shù)S=2，K=0.8，則

螺釘與鋼帶同時嚙合的齒數(shù)為4～5 個，所以每個齒承受的力不大，齒的抗彎強度可以滿足要求，這里不再進行計算。

為降低螺釘打滑的概率，對螺釘進行優(yōu)化設(shè)計，適當增加螺釘螺牙的高度。實踐證明，改進后的螺釘可以保證當鋼帶出現(xiàn)較小的變形時不會打滑，從而提高喉箍連接的可靠性。

4.3.2 確定新的動態(tài)扭矩值

為驗證采用擰緊力矩為5N·m 裝配的可行性，從每批喉箍中抽10 件進行扭矩試驗，統(tǒng)計試驗結(jié)果如表1 所示。

表1 扭矩試驗統(tǒng)計表

根據(jù)檢驗的結(jié)果可以看出，擰緊力矩取5N·m 時裝配過程穩(wěn)定，經(jīng)過大量的實際驗證，衰減后的扭矩值在4N·m 左右。

綜上所述，將動態(tài)扭矩值提高到5N·m 可以很好地滿足技術(shù)要求。另外，經(jīng)過驗證，在橡膠管比較軟的情況下，可將扭矩提高到6N·m。

4.4 擰緊過程改進

改進前的裝配過程是：將喉箍連續(xù)擰緊至所要求的扭矩值。但存在兩個問題：（1）因喉箍的圓柱度存在差異，圓柱度差的雖然扭矩達到要求，但其受力和變形不均，導致一段時間后力矩大幅度衰減；（2）擰緊時工具的擰緊軸高速轉(zhuǎn)動而造成應(yīng)力集中，擰緊后集中的應(yīng)力釋放在整個軟連接系統(tǒng)中，造成力矩衰減。

為降低上述問題的影響，通過試驗和理論分析，將原擰緊過程改進，方法如下。

方法一：將喉箍的擰緊過程分為兩道工序。第一序擰緊到鋼帶與橡膠管剛緊密接觸，扭矩值在1.5～2N·m，稱為預緊力矩；第二序?qū)⒑砉繑Q緊至規(guī)定值。

語言學國家社科基金項目（1991—2016）研究動態(tài)分析 …………………………………………… 蘇 紅（1.33）

方法二：采用間斷擰緊的方法。即先將喉箍擰緊至扭矩值1.5～2N·m，停頓3s 左右，再繼續(xù)擰緊至規(guī)定值。

方法一的兩次擰緊的間隔較長，擰緊后力矩衰減比方法二小一些，但是生產(chǎn)效率比方法二高。我們裝配時采用的是第二種方法，但在有條件的情況下，建議大家采用第一種方法裝配。

實踐證明，改進后，減小了因集中的應(yīng)力釋放和不均勻變形趨于均勻而造成的整個軟連接體系中力矩衰減的幅度。

4.5 橡膠管和曲軸箱通風口蓋的質(zhì)量控制

曲軸箱通風合件由喉箍、曲軸箱通風口蓋和橡膠管三部分組成，各部分性能的好壞都會影響總成的質(zhì)量，所以對各分裝零件的質(zhì)量都必須嚴格加以控制。

4.5.1 橡膠管

橡膠管的表面粗糙度、硬度和表面紋路等都影響總成的力矩，需按相關(guān)技術(shù)要求嚴格控制。

橡膠管的硬度對力矩衰減的影響很大。在這個產(chǎn)品中，要求橡膠管的硬度為邵氏硬度A70±5，然而，邵氏硬度A65 的與邵氏硬度A75 的橡膠管雖然都是合格的，但實物軟硬程度相差很大，對力矩衰減的影響程度也相差很大。偏軟的橡膠管裝配后力矩衰減大些，偏硬的力矩衰減小些。

所以，在滿足其他性能的前提下，應(yīng)控制橡膠管的硬度取上限值，減小因橡膠管的永久變形對力矩衰減造成的影響。

4.5.2 曲軸箱通風口蓋

對生產(chǎn)中出現(xiàn)泄漏的總成進行分析，發(fā)現(xiàn)管接頭部位的表面質(zhì)量對總成密封性能有重要影響。主要為表面粗糙度、錯模量和分型面的毛刺，另外，去毛刺后的不圓度影響也不可忽視。

根據(jù)驗證結(jié)果，可從以下兩方面控制：（1）改善鑄造工藝，修理模具，減小錯模量；（2）在鑄造后增加清理工藝，清理后拋丸。

5 結(jié) 論

對曲軸箱通風合件進行100%密封性試驗，統(tǒng)計不合格品的比例發(fā)現(xiàn)，因力矩不足而造成泄漏的總成比例約為0.5%，經(jīng)分析，原因為個別喉箍的質(zhì)量問題，擰緊后變形量過大所致。所以，通過在實際生產(chǎn)中的驗證，改進后的工藝可保證總成很好地滿足圖紙技術(shù)要求，保證后續(xù)的發(fā)動機試驗，并且提高系統(tǒng)和管路的可靠性。

本文通過具體案例，系統(tǒng)地說明了喉箍裝配及軟連接中應(yīng)注意的事項及采取的措施為：（1）加強對各分裝零件質(zhì)量的管控，為總成的性能提供基礎(chǔ)條件；（2）適當提高喉箍的動態(tài)扭矩值；（3）合理設(shè)計裝配工裝；（4）合理設(shè)計裝配過程。通過采取以上措施，可以保證力矩衰減后穩(wěn)定在規(guī)定值，使總成滿足技術(shù)要求。

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