李小龍

（中國重汽集團大同齒輪有限公司，山西 大同 037305）

引言

隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車作為人們出行的重要工具，其數(shù)量隨之猛增。在數(shù)量猛增的背景下，人們對其核心部件之一的變速箱的質(zhì)量和性能進行了重點關(guān)注和優(yōu)先考慮，在很大程度上變速箱的安全性決定了汽車的安全性及其質(zhì)量好壞。排除設(shè)計階段的問題外，變速箱的質(zhì)量好壞在很大程度上與其裝配過程有關(guān)，即變速箱質(zhì)量的好壞在很大程度上與裝配策略有關(guān)，而裝配質(zhì)量的好壞需從擰緊技術(shù)談起。因此，結(jié)合工作實際，本文尋找扭矩衰減解決辦法，從而進一步加強對變速箱的質(zhì)量控制。

1 擰緊的基本概念

所謂擰緊指的是使用螺栓、螺母或者是內(nèi)螺將需要連接的組件接在一起，利用螺栓的形變產(chǎn)生的軸向拉力使各組件緊密結(jié)合在一起，然后利用螺母或者是內(nèi)螺紋固定。這樣的連接方式旨在使變速箱即使在不同的工作環(huán)境或不同的載荷情況下都能夠確保擰緊不發(fā)生松脫現(xiàn)象，即便是在極惡劣條件下也能使得變速箱安全平穩(wěn)運行，該裝配方式簡單、拆卸方便、裝配成本低。

2 擰緊工具的選型及應(yīng)用

為保證裝配質(zhì)量，在裝配過程中需合適地選取各部分零件組裝過程中所需的擰緊工具。由于每個獨立部分的連接件的不同，所需要的裝配零件也會有些微差異，我們需要從該部分的工藝要求精度方面考量進而選取工具，除此之外還需要考慮變速箱的安全等級限制、產(chǎn)品的功能特性等，選擇不同精度和工藝的連接組件和擰緊工具。裝配需要用到的擰緊工具可分為三個種類，因為裝配需要使用到螺絲和螺母，所以扭矩扳手是必不可少的；除此之外還需要氣動工具和電動工具。扭矩扳手由于其自身具備的條件具有一定缺點，如扭矩數(shù)據(jù)不能被多次存儲，以至于如果裝配過程中出現(xiàn)問題，使用扭矩扳手的組件部分不易分析問題所在，所以扭矩扳手在裝配過程中常被用于檢測部分，檢測扭矩是否在合格范圍內(nèi)。氣動操作工具在裝配中也存在著一些不足，雖然它在裝配過程中可實現(xiàn)快速裝配，但是其裝配的部件扭矩控制精度不夠，還需要較多的能源供給，因此在實際操作中，氣動工具常常被用于拆卸過程中。電動工具摒棄了扭矩扳手和氣動工具的使用缺點，結(jié)合了扭矩扳手控制精度高和氣動工具可進行數(shù)據(jù)存儲的優(yōu)點，同時其還可進行數(shù)據(jù)傳輸，電動工具大大地提高了擰緊技術(shù)的質(zhì)量。電動工具為適應(yīng)不同的使用情境，被分為擰緊槍和擰緊軸，由于裝配過程中各部分的精度要求不同，通常情況下擰緊槍用于精度要求不高的外部支架等不關(guān)鍵的部分，而擰緊軸常常被用于裝配精度高的關(guān)鍵部分。

3 擰緊策略的選擇

螺栓的擰緊扭矩需要根據(jù)具體情況分布扭矩比例，用于螺栓夾緊和克服摩擦力。螺栓的油污等表面污漬及螺栓本身的雜質(zhì)含量都會影響變速箱的擰緊質(zhì)量，甚至可能造成重大事故，因此需格外注意。

擰緊策略的主要控制辦法有控制扭矩的扭矩控制法、屈服點控制法及扭矩和角度同時監(jiān)控的扭矩控制-角度監(jiān)控法和質(zhì)量保證法等，由于質(zhì)量保證法的使用成本較高，本文重點討論前面三種控制法。

3.1 扭矩控制法

扭矩控制法的具體操作為將螺栓擰緊到合適的預(yù)設(shè)扭矩后，固定機構(gòu)保持靜止，這個方法具有簡單易上手、扭矩易復(fù)檢的特性。由于螺栓的材料、技藝精度、潤滑程度具有差異性，因此改變了螺紋表面之間，螺紋副之間多個螺紋相連地方的摩擦系數(shù)。若螺栓和裝配扭矩不變，夾緊力的數(shù)值與摩擦系數(shù)成反比關(guān)系。在現(xiàn)實組裝作業(yè)中，生產(chǎn)車間常常有雜質(zhì)、油污等，為此在進行扭矩控制法計算時，預(yù)緊力精度一般來說僅能到達約20%，適應(yīng)于變速箱外部支架等非核心部件。

3.2 屈服點控制法

屈服點調(diào)控法是基于螺栓材料的屈服點數(shù)據(jù)來調(diào)控螺紋副的安裝，基于對擰緊的扭矩/轉(zhuǎn)角曲線斜率的分析，從而找到屈服點。螺栓的擰緊作業(yè)中，斜率數(shù)值迅速增加，隨后經(jīng)過短時的放緩后而保持不變，經(jīng)過控制點后，斜率數(shù)值飛速減小。屈服點調(diào)控法依靠的是材料從彈性變形狀態(tài)向塑形變形狀態(tài)過渡期間的性質(zhì)，把螺栓的屈服強度發(fā)揮到極致，可以獲得較高的預(yù)警力，與此同時，摩擦系數(shù)波動不會改變預(yù)警力，但螺栓的材料和熱處理指標的門檻較高，任一滑動和停滯狀態(tài)都會使扭矩/轉(zhuǎn)角曲線偏離正常的限度，隨后管理體系產(chǎn)生警示，適用于發(fā)動機的缸蓋螺栓和連桿螺栓等，不包括對變速箱螺栓擰緊操作。

3.3 扭矩控制-轉(zhuǎn)角監(jiān)控法

扭矩-轉(zhuǎn)角監(jiān)控法是在扭矩調(diào)控的基礎(chǔ)下用緊固角完成預(yù)警能力的監(jiān)控工作，即對達到目標扭矩時規(guī)定角度的范圍，當螺栓達到預(yù)設(shè)面生成扭矩時，通常是0.5～1.0 N·m 時開始角度測量工作，擰緊后，基于角度監(jiān)控判斷轉(zhuǎn)角是否在預(yù)設(shè)角度的范圍內(nèi)，從而保證扭矩良好。

扭矩調(diào)控-轉(zhuǎn)角監(jiān)控法在變速箱擰緊安裝的質(zhì)量安裝中有較高的地位，如擰緊變速箱分油盤、油冷器螺栓時，用來保證密封性，一般來說，在分油盤或油冷器處要有O 型圈，如果單一地使用扭矩法，當擰緊后存在夾膠狀況，設(shè)備顯示預(yù)設(shè)扭矩已達到，托盤會照常放行，致使質(zhì)量不過關(guān)狀況出現(xiàn)。

4 改善扭矩衰減方式

4.1 扭矩衰減定義

扭矩衰減的定義為擰緊作業(yè)結(jié)束后在緊固件上扭矩下降的狀況，衰減后的扭矩值波動很小且小于預(yù)設(shè)值，通常在擰緊作業(yè)結(jié)束后30 ms 內(nèi)會產(chǎn)生60%以上的扭矩衰減。

4.2 控制方式

扭矩衰減是螺栓安裝作業(yè)中經(jīng)常出現(xiàn)的一種狀況，源于材料的形變和局部嵌入，致使被安裝件的表面摩擦力過高；塑料或密封件的彈性連接材料；安裝速度過快，不科學(xué)的安裝操作；安裝作業(yè)中的溫度不適等。對于各種的扭矩衰減狀況的修正方案也不盡相似，以下僅以技術(shù)維度為切入點。

4.2.1 擰緊順序

在單個或兩個螺栓擰緊時，通常選用擰緊剛度大的被連接處；當被連接件剛度相同，螺栓數(shù)量大于等于3 個時，則應(yīng)該按照螺栓的排布規(guī)劃出科學(xué)的擰緊排序。如果螺栓排布在被緊固件邊緣，一般用對角擰緊法。如果螺栓排布在被緊固件無規(guī)則，一般來說，除了用對角擰緊法外，還要首先擰緊中心處附近的螺栓，下一步才擰緊外側(cè)螺栓，可以大幅削弱工件應(yīng)力，讓其受力均勻，削弱扭矩衰減，實現(xiàn)完美的緊固。

4.2.2 擰緊步驟

擰緊步驟是螺栓在擰緊作業(yè)中的安排方針，有兩步和多步擰緊的手段，并在擰緊作業(yè)中靜止50 ms，讓彈性應(yīng)變釋放，削弱扭矩衰減。

5 結(jié)語

螺栓擰緊是變速箱安置作業(yè)中的核心項目，科學(xué)且均勻的力矩分布對安裝質(zhì)量影響極大，但改變力矩的因素非常多，在實地作業(yè)特別是大規(guī)模制造作業(yè)中力矩的調(diào)控是一個繁瑣的項目。通過敘述擰緊的簡要定義，從擰緊工具的主要類型和適用環(huán)境、一般的擰緊調(diào)控手段和削弱扭矩衰減的科學(xué)方案三個層面，結(jié)合現(xiàn)實案例闡述了變速箱安裝作業(yè)中的擰緊質(zhì)量調(diào)控方案，以提高裝配水準。