汽車螺栓擰緊力矩分析研究

馬國興

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

汽車螺栓擰緊力矩分析研究

馬國興

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

文章對螺栓連接件的擰緊力矩進(jìn)行分析，通過試驗對比，提出靜態(tài)力矩及動態(tài)力矩的區(qū)別及概念，為螺栓連接過程中的防松控制措施提供了幫助。

螺栓擰緊；動態(tài)力矩；靜態(tài)力矩

CLC NO.:U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)15-25-03

前言

在所有的擰緊方式中，螺栓連接由于其裝配、拆卸方便、效率高、成本低等優(yōu)勢被廣泛采用，尤其在車輛的裝配過程中，更是采用了大量的螺栓連接。但是在螺栓連接的使用過程總出現(xiàn)了很多螺栓松動的故障現(xiàn)象，對產(chǎn)品的使用造成一定的安全隱患，所以本文對螺栓連接過程中的擰緊力矩進(jìn)行了分析。

首先明確螺栓擰緊過程中的兩個扭矩概念，一個為動態(tài)扭矩，另一個為靜態(tài)扭矩。通常情況下，產(chǎn)品設(shè)計以及工藝要求的擰緊力矩均為動態(tài)扭矩。而靜態(tài)扭矩是對已處于擰緊狀態(tài)螺紋緊固件繼續(xù)擰緊，且螺紋旋合面之間剛剛發(fā)生轉(zhuǎn)動時的摩擦扭矩。

對某車輛前軸U型螺栓處的擰緊力矩進(jìn)行測量及分析如下：按設(shè)計及裝配要求對該U型螺栓在裝配工位A8工位處進(jìn)行打緊，要求擰緊力矩為(270±27)N.m，然后分別在A8工位、車輛下線處和調(diào)試入庫前三個地點進(jìn)行力矩測試，并對測試結(jié)果進(jìn)行了分析

1 工序能力分析（動態(tài)擰緊）

基本參數(shù)：前軸U型螺栓：M18X2設(shè)計力矩：（270± 27）N.m

設(shè)備：擰緊機設(shè)定參數(shù)：目標(biāo)力矩270N.m

擰緊數(shù)據(jù)分析（見表1）：

2 靜態(tài)檢測

檢測工具：數(shù)顯扳手：量程：500N.m采用擰緊法峰值檢測。

檢測工況：

a、A8工位，擰緊機擰緊之后直接檢測。

b、車輛下線處檢測。

c、調(diào)試入庫前檢測。

在上述工況下隨機抽選120組螺栓進(jìn)行檢測分析。

表1 擰緊數(shù)據(jù)表

圖1 前軸擰緊過程能力分析圖

結(jié)論：Cpk=4.76過程能力充足（＞1.67），PPM=0，完全滿足產(chǎn)品設(shè)計要求。

2.1 靜態(tài)檢測（A8工位）

1）檢測數(shù)據(jù)：

表2 檢測數(shù)據(jù)表

2）數(shù)據(jù)分析：（5個數(shù)據(jù)1組，求均值，控制線按6s控制）

圖2 數(shù)據(jù)分析圖

結(jié)論：經(jīng)過分析均值313.0N.m，基本分布在（221.7-404.3）N.m

2.2 靜態(tài)檢測（車輛下線處）

檢測數(shù)據(jù)

表3 檢測數(shù)據(jù)表

2）數(shù)據(jù)分析：（5個數(shù)據(jù)1組，求均值，控制線按6s控制）

圖3 控制圖

結(jié)論：經(jīng)過分析均值255.0N.m，基本分布在（121.9-388.1）N.m

2.3 靜態(tài)檢測（調(diào)試入庫前）

檢測數(shù)據(jù)：

表4 檢測數(shù)據(jù)表

圖4 檢測控制圖

2）數(shù)據(jù)分析：（5個數(shù)據(jù)1組，求均值，控制線按6s控制）結(jié)論：經(jīng)過分析均值237.0N.m，力矩范圍（96.7-377.2）N.m

2.4 不同工況下力矩檢測對比

圖5 直方圖

結(jié)論：從上述直方圖可以看出，各工況數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布，力矩在不同工況下檢測結(jié)果一致，擰緊機擰緊之后A8工位檢測力矩均值313N.m，車輛下線處檢測力矩均值：255N.m，調(diào)試入庫前力矩均值：237N.m，整體呈現(xiàn)衰減情況。

3 原因分析

3.1 A8工位檢測力矩大于實際擰緊力矩的原因

產(chǎn)品設(shè)計以及工藝要求的擰緊力矩均為動態(tài)扭矩，例如前軸騎馬螺栓（270±27）N.m，我們現(xiàn)在用扭力扳手(無論是定值扳手還是數(shù)顯扳手)測量的實際是靜態(tài)扭矩。

動態(tài)扭矩和靜態(tài)扭矩之間是一種規(guī)律性的數(shù)學(xué)模型關(guān)系，視連接狀態(tài)的不同而不同，靜態(tài)扭矩可以大于動態(tài)扭矩，也可以小于動態(tài)扭矩。因此，我們在A8工位檢測的靜態(tài)力矩均值為313N.m，高于實際擰緊力矩270N.m。

3.2 下線處與精整工位檢測力矩逐漸減小的原因

靜態(tài)扭矩會隨著時間的推移而衰減，被緊固件為非金屬時尤為明顯，而且影響靜態(tài)扭矩的因素較多，其受連接件材質(zhì)、螺栓材質(zhì)、表面質(zhì)量、表面摩擦系數(shù)等條件影響較大。

同時我們在下線處與調(diào)試入庫前工位檢測得到的力矩值恰好說明了這一點，力矩在逐漸呈下降趨勢，由313N.m到255N.m，再到237N.m，逐漸衰減且趨于平穩(wěn)。

4 結(jié)論及建議

部分裝配線在檢測擰緊力矩時，所使用的方法均為靜態(tài)力矩檢測方法，但是在判定力矩是否合格時卻使用的是設(shè)計要求的動態(tài)力矩值。通過上述試驗說明，在擰緊機保證動態(tài)擰緊力矩的前提下，不同時間得到的靜態(tài)力矩是不同的，可大可小，但這不能判斷為擰緊力矩不合格。

建議在檢測力矩時區(qū)分靜態(tài)力矩及動態(tài)力矩，動態(tài)力矩為理論計算后的設(shè)計值，而靜態(tài)力矩需利用專用設(shè)備利用專用設(shè)備，通過大量數(shù)據(jù)采集，做正態(tài)分布圖，取3σ的范圍得到的，是一個試驗數(shù)據(jù)。

[1] 李學(xué)才,張連敬.螺栓擰緊力矩的確定方法及相關(guān)探討.工程技術(shù):引文版,2016(9):00134-00134.

[2] 張振華,應(yīng)秉斌,矯明.螺栓擰緊力矩的確定方法及相關(guān)探討.化學(xué)工程與裝備,2009(8):105-107.

[3] 鄧躍文.螺栓擰緊力矩的確定及檢驗方法.[J]現(xiàn)代制造工程,1992(8):26-27.

[4] 張光華.工程機械螺栓擰緊力矩的計算.[M]工程機械, 1982 (8):22-24.

[5] 倪晉挺.螺紋緊固件摩擦系數(shù)的影響因素試驗研究.[J]黑龍江工程學(xué)院學(xué)報,2016,30(3):26-28.

Bolting tightening torque

Ma Guoxing
（Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd, Shaanxi Xi’an 710200）

This paper analysis the bolting tightening torque, according to the experimental comparison, put forward the statics and dynamic torque difference, which provides assistance to bolting control measures.

Tightening torque; Statics torque; Dynamic torque

U467

A

1671-7988(2017)15-25-03

馬國興，就職于陜西重型汽車有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.009