李 強

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

關(guān)于充電式螺絲刀在汽車總裝車間的選用

李 強

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

充電式螺絲刀以其獨特的優(yōu)越性，越來越多的在汽車、制造等領(lǐng)域廣泛應用，發(fā)揮著不可替代的作用，影響著工業(yè)的發(fā)展模式。目前我們使用的充電式螺絲刀，以電池作為能量供給，清潔環(huán)保，操作更加得心應手，無軟管和電纜的優(yōu)勢體現(xiàn)的淋漓盡致。特別在裝配空間狹小的情況下，有效結(jié)合了人機工程，以其較輕的握持力，降低了操作者的勞動強度，同時工具的速度和扭矩可根據(jù)需要可調(diào)，極大地擴大了它的使用范圍和場合。然而，充電式螺絲刀在有刷和無刷技術(shù)應用上存在差異，現(xiàn)結(jié)合在汽車廠中的應用，對兩種充電式螺絲刀的各自技術(shù)特點研究比較，來分析充電式螺絲刀在汽車廠總裝車間的選用。

充電式螺絲刀；有刷電機；無刷電機；比較；選用

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2016.10.059

CLC NO.: U471.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)10-183-04

引言

總裝車間使用的充電式螺絲刀，以電池為動力源，用于擰緊的工具。對于汽車專業(yè)而言，在總裝車間內(nèi)廣泛用于小扭矩的螺栓、螺釘或螺母的擰緊工作。然而其在有刷和無刷技術(shù)應用上存在差異，現(xiàn)結(jié)合在汽車廠中的應用，對兩種充電式螺絲刀的各自技術(shù)特點研究比較，來分析充電式螺絲刀在汽車廠總裝車間的選用。

1、充電式螺絲刀的工作原理

當啟動按板開關(guān)，由電源供應器將AC轉(zhuǎn)為DC，傳動機械部分使離合器旋轉(zhuǎn)，直到螺絲完全鎖緊時，機械部分內(nèi)部產(chǎn)生跳脫離合器開關(guān)引導棒，傳動陶瓷棒及馬達上開關(guān)引導棒，往上跳脫經(jīng)由三合一開關(guān)架，瞬間觸動剎車開關(guān)，此時電動起子會發(fā)出“嗒”的一聲（正常），即為剎車連帶自動停止，整個鎖螺絲作業(yè)完成。

2、有刷電機和無刷電機的比較

2.1 有刷電機和無刷電機的概念

有刷電機：電機工作時，線圈和換向器旋轉(zhuǎn)，磁鋼和碳刷不轉(zhuǎn)，線圈電流方向的交替變化是隨電機轉(zhuǎn)動的換相器和電刷完成的。從名字上可以看出有刷電機有碳刷，無刷電機沒有碳刷。

無刷電機：去掉了碳刷，用電子元器件代替。電子元器件的開關(guān)特征取代機械碳刷，使換向變得無機械接觸。

2.2 有刷電機和有刷電機的區(qū)別

1）使用壽命

無刷電機：可連續(xù)工作20000小時左右，常規(guī)的使用壽命7-10年。

有刷電機：可連續(xù)工作500小時左右，常規(guī)的使用壽命2-3年。

2）使用效果

無刷電機：以90-95m/s高速運轉(zhuǎn)。通常是數(shù)字變頻控制，可控性強，從每分鐘幾轉(zhuǎn)，到每分鐘幾萬轉(zhuǎn)都可以很容易實現(xiàn)。

有刷電機：運轉(zhuǎn)速度遠低于無刷電機。無刷電機一般啟動以后工作轉(zhuǎn)速恒定，調(diào)速不是很容易，串激電機也能達到20000轉(zhuǎn)/秒，但是使用壽命會比較短。

3）節(jié)能方面

無刷電機的耗電量只是有刷電機的1/3。

4）維修方面

有刷電機磨損后，不僅更換碳刷，還更換轉(zhuǎn)齒等電機周邊的附件，成本要高出很多。最重要的是，整體的功能將會受到影響。而無刷電機，使用壽命很長，通常是有刷電機的10倍以上，但是壞了就需要更換電機，但日常維護基本不需要。

5）噪音及使用壽命

有刷電機所發(fā)出的噪音要比無刷電機的高的多，而且隨著日后的碳刷磨損，有刷電機噪音會越來越大，而無刷電機就不會受影響。

6）適用范圍

無刷電機：通常被使用在控制要求比較高，轉(zhuǎn)速比較高的設備上，如航模，精密儀器儀表等對電機轉(zhuǎn)速控制嚴格，轉(zhuǎn)速達到很高的設備上，另外現(xiàn)在最為先進的干手器，迪奧電器產(chǎn)的無刷電機DIHOUR干手器也用的是這種電機，其電機和控制器的成本都很高，所以也之后比較高端的設備才被使用。

碳刷電機：通常動力設備使用的都是有刷電機，如吹風機，工廠的電動機，家用的抽油煙機等等，另外串激電機的轉(zhuǎn)速也能達到很高，但是由于碳刷的磨損，使用壽命不如無刷電機。

3、有刷和無刷充電式螺絲刀的選用

3.1 擰緊力矩的影響

判定產(chǎn)品合格與否，很重要的當屬能夠滿足裝配擰緊力矩的要求了。力矩小了，裝配的螺絲可能會松動，導致產(chǎn)品功能性失效；力矩大了，裝配的螺絲過擰，可能導致螺絲失效或滑絲。

3.1.1 充電式螺絲刀力矩的選擇

通常我們見到的中柄式充電式螺絲刀，所能達到的力矩范圍有以下幾種（以BOSCH為例）：

表1

以上扭矩范圍為常見的充電式螺絲刀扭矩。根據(jù)表格中的扭矩適用范圍，選擇合適的充電式螺絲刀。一般情況下，充電式螺絲刀的扭矩范圍要覆蓋工藝要求的扭矩，但是充電式螺絲刀的最大扭矩不能比工藝要求的最大扭矩大太多，否則出現(xiàn)螺絲的擰緊過度的情況。

表2

例如：工藝要求打緊螺母的力矩為：9-11Nm，所以根據(jù)上面表的統(tǒng)計，選擇序號7的充電式螺絲刀扭矩范圍，即EXACT 12。

還有彎頭直柄式充電式螺絲刀，做為充電式螺絲刀的另一特征（以BOSCH為例）。

3.1.2 影響力矩變化的因素

（1）螺栓的質(zhì)量和形式

通常，被擰緊的螺栓或螺母，都具有一定的強度和抗扭等級，而這個等級就決定了螺栓本身被擰緊的程度。力矩的產(chǎn)生是相互的，螺栓或螺母等級低了，當我們?nèi)Q緊時，實際擰緊過程中就會出現(xiàn)打滑或擰斷的可能，導致本次打緊失敗，螺栓或螺母失效，達不到工藝擰緊要求。

（2）連接材料的一致性

這種情況的力矩變化出現(xiàn)在打緊件和被打緊件材質(zhì)不一樣的時候。工件連接形式一般分為硬鏈接、中性連接、軟連接3種，以擰緊時電機轉(zhuǎn)動的角度來區(qū)分。

（3）使用的裝配工具

（4）裝配方法和策略

（5）操作者影響

（6）摩擦系數(shù)的分散

（7）連接件的可維修性

3.2 節(jié)拍的影響

在滿足了力矩要求的基礎上，車間生產(chǎn)節(jié)拍的約束，在一定程度上限制了擰緊工具的選擇。通常，對于轎車生產(chǎn)車間來講，一般節(jié)拍為40-60JPH之間；對于商用車來講，一般節(jié)拍為12.5-20JPH之間。而各種擰緊工具完成一次打緊的時間都不一樣，所以選擇合理的充電式螺絲刀轉(zhuǎn)速至關(guān)重要。

要求扭矩確定的情況下，到底是選擇充電式螺絲刀，還是風批需要進一步比較。以BOSCH電池工具和IR的沖擊扳手為例來說明。

我們要求的某道工序的節(jié)拍要求為15s，螺栓的擰緊力矩為18-20Nm，而符合這個力矩范圍的擰緊工具可以選擇BOSCH EXACT 23和IR 103A進行比較。

表3

從上表可以看出，同樣能夠滿足螺栓擰緊力矩要求的BOSCH和IR工具，但他們的轉(zhuǎn)速值不同。BOSCH充電式螺絲刀的轉(zhuǎn)速較IR的沖擊扳手大，這就意味著用BOSCH充電式螺絲刀打緊到設定扭矩的時間短于IR沖擊扳手。對于上述講到某道工序的節(jié)拍要求為15s，用BOSCH充電式螺絲刀平均只用10s左右打緊，而IR沖擊扳手就會用到平均15s左右，如果再加上工人拿件時間，那么用IR沖擊扳手就遠遠超出節(jié)拍，勢必造成工序瓶頸，滿足不了節(jié)拍要求。

3.3 采購成本的影響

根據(jù)以往工程院采購充電式螺絲刀的情況，對常見的幾種電池工具進行梳理。

表4

3.4 主要零部件的使用壽命的影響

通常情況下，作為一把充電式螺絲刀的主要零部件，它的使用率相當多。而充電式螺絲刀在現(xiàn)代汽車工業(yè)不斷要求節(jié)拍越來越快的情況下，充電式螺絲刀主要零部件的好壞影響了產(chǎn)能，進而對企業(yè)收益也產(chǎn)生影響。

從長期的觀察和交流來看，影響充電式螺絲刀壽命的主要零部件有：電機、集成電路板。前面說到充電式螺絲刀結(jié)構(gòu)時提到關(guān)鍵零部件的壽命。

電機：充電式螺絲刀中最核心的部件，直接影響到充電式螺絲刀的壽命。有刷電機（轉(zhuǎn)子），大約4000小時或視具體的使用率決定其壽命。由于靠碳刷傳遞電能，故碳刷的磨損實際決定了電機的壽命。同時長期與碳刷摩擦，磨損轉(zhuǎn)子，馬達使用時間越長耗電量越大，大大降低電池耐用性。

無刷電機，大約12000-15000小時壽命，免維護。因無碳刷，有效防止機器內(nèi)其他電子部件因碳粉（通電）掉落而短路損壞，無刷馬達的壽命提高很多。其次，運轉(zhuǎn)時不會與碳刷接觸，避免因與轉(zhuǎn)子摩擦消耗額外電量，有效維持電池耐用性。

集成電路板：充電式螺絲刀的重要的控制單元。集成電路板的壽命取決于以下兩個方面：

（1）充電式螺絲刀使用的外界環(huán)境溫度的高低。根據(jù)裝配現(xiàn)場使用情況來看，溫度高時充電式螺絲刀的集成電路板的損壞率要大于溫度低的時候。正常情況下，有刷電機的更換頻次是2-3個月，溫度升高，有刷電機的更換頻次竟能達到1-2周。

（2）充電式螺絲刀是否有碳刷。有刷電機運轉(zhuǎn)，與碳刷接觸，磨損掉的碳粉掉落在集成電路板上，會造成集成電路板短路，損壞集成電路板。而無刷電機就不會存在這樣的問題。

3.5 電池的充放電時間的影響

目前，通常使用的充電器是一種15分鐘快速充電器，該種充電器可根據(jù)電池的電壓和溫度自動計算所需的充電時間。該過程可大大延長電池的使用壽命，且在對電池充電之前無需先對其徹底放電。電池的壽命可增至3000次充電/放電循環(huán)之多。

一般情況下。電池的重量大約是0.4-0.8kg；適用電壓：220v，有一電池一個充電器，還有多個電池一個充電器。電池的容量一般為1.3 -3AH，電壓9.6-18v。每充一次電可操作緊固件的平均數(shù)目：

3.6 操作習慣的影響

同一類型的工具，對于裝配廠來講，如若要采購，大部分都會沿用以前的品牌。因為正在使用的工具歷經(jīng)了長期裝配強度的考驗，沉淀下來的必定有其自身的優(yōu)勢，對于一批批的現(xiàn)場操作工人來講，長時間的同把工具的操作習慣已經(jīng)養(yǎng)成，很難再去改變其操作方式和習慣，一定程度上決定了后期工具采購的方向。然而，新采購的工具，操作工還有個熟悉的過程，不一定就能用的順手，更何況更換的是另一個沒見過的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，勢必引起操作工的反感和抱怨，從而影響其裝配的節(jié)拍和質(zhì)量。

現(xiàn)在市場上，品牌眾多，產(chǎn)品形式差異較大。針對充電式螺絲刀本身，設計者不同，設計的理念就不同。應用到現(xiàn)場后，具體操作工人的操作方式不同，無法把新的變化強加到操作者身上，導致實際操作者心理上的排斥，進而工作效率下降。

4、結(jié)論

通過對總裝車間裝配工藝所使用的充電式螺絲刀的研究，了解到了與工藝有關(guān)的設備詳細信息，為今后類似工具采購和定型，提供了參考依據(jù)，解決了前期自己了解不深，任憑對方一味吹噓，缺乏辨別能力的問題。期間，參考了多家工具生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品信息，結(jié)合多次招投標結(jié)果和現(xiàn)場具體使用者的切身感受，綜合分析充電式螺絲刀在總裝車間里的應用。從一定程度上，得出了相應的結(jié)論，但是在實際的采購中，還需結(jié)合本身企業(yè)的采購、使用、維修、保養(yǎng)的特點， 多角度去分析適合的工具類型，從而提高效率和利潤，降低損耗。

[1] 鄭德權(quán)著.汽車總裝工藝.M機械工業(yè)出版社.2012.

[2] 于成偉著.圖解電動工具維修速成.M機械工業(yè)出版社.2015.

[3] 譚建成著.永磁無刷直流電機技術(shù).M機械工業(yè)出版社.2011.

表3

有分析結(jié)果可得出兩個優(yōu)化方案對前塔包剛度都有改善，但是方案二改善效果更好，三種工況總的變形量已比目標車型小，達到設定目標。

最終方案選擇優(yōu)化方案二：增加部件3、5、6的料厚。

6、結(jié)論

文章針對某車型市場反饋的兩前輪內(nèi)側(cè)輪胎偏磨問題，講述了一種車身前輪罩結(jié)構(gòu)剛度分析排查、方案優(yōu)化、CAE分析驗證到最終達到優(yōu)化目標的過程與方法。通過對比分析得出問題車型前輪包結(jié)構(gòu)及剛度均比目標車型差，確認前輪包剛度弱是影響輪胎偏磨的原因之一，并最終確定優(yōu)化方案是增加部分件的料厚，優(yōu)化后問題車型前輪包鋼度達到目標車型前輪包剛度水平。為以后此類問題的分析研究提供了依據(jù)和方法。

參考文獻

[1] 李文輝.輪胎磨損解析研究.汽車技術(shù).2002(6):13-15.

[2] 徐家民.關(guān)于輪胎偏磨的分析 .實用汽車技術(shù).2007(1):27-28.

About the plug-in selection of screw driver in the car final assembly workshop

Li Qiang
( Anhui jianghuai automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

Cordless screwdrivers with its unique advantages, more and more, manufacturing and other fields are widely used in cars, play an irreplaceable role, which influence the development of industrial pattern. At present, we use charging screwdriver to battery as a power supply, clean environmental protection, easier to operate, without the advantage of the hose and cable reflect incisively and vividly. Especially in the case of assembly space is narrow, the effective combination of man-machine engineering, with its lighter grip force, reduces the labor intensity of operators, at the same time, speed and torque can be adjustable according to need of tool, greatly expanded the scope of its use and occasion. However, charging screwdriver with brush and brushless technology application differences, combined with the application in the automobile factory, now the respective technical characteristics study of two kinds of charging screwdriver comparison, to analyze the selection of charging screw driver in the car factory assembly workshop.

cordless screwdrivers; brush motor; Brushless motor; compare; choose

U471.2

A

1671-7988(2016)10-183-04

李強，（1985-）男，工程師，就職于徽江淮汽車股份有限公司，主要從事汽車組裝工藝方面工作。