變速箱裝配擰緊質量控制策略

李小龍

（中國重汽集團大同齒輪有限公司，山西 大同 037305）

引言

隨著汽車工業的飛速發展，汽車作為人們出行的重要工具，其數量隨之猛增。在數量猛增的背景下，人們對其核心部件之一的變速箱的質量和性能進行了重點關注和優先考慮，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量好壞。排除設計階段的問題外，變速箱的質量好壞在很大程度上與其裝配過程有關，即變速箱質量的好壞在很大程度上與裝配策略有關，而裝配質量的好壞需從擰緊技術談起。因此，結合工作實際，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、螺母或者是內螺將需要連接的組件接在一起，利用螺栓的形變產生的軸向拉力使各組件緊密結合在一起，然后利用螺母或者是內螺紋固定。這樣的連接方式旨在使變速箱即使在不同的工作環境或不同的載荷情況下都能夠確保擰緊不發生松脫現象，即便是在極惡劣條件下也能使得變速箱安全平穩運行，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用

為保證裝配質量，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，如扭矩數據不能被多次存儲，以至于如果裝配過程中出現問題，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。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，結合了扭矩扳手控制精度高和氣動工具可進行數據存儲的優點，同時其還可進行數據傳輸，電動工具大大地提高了擰緊技術的質量。電動工具為適應不同的使用情境，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鍵的部分，而擰緊軸常常被用于裝配精度高的關鍵部分。

3 擰緊策略的選擇

螺栓的擰緊扭矩需要根據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含量都會影響變速箱的擰緊質量，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控的扭矩控制-角度監控法和質量保證法等，由于質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設扭矩后，固定機構保持靜止，這個方法具有簡單易上手、扭矩易復檢的特性。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。若螺栓和裝配扭矩不變，夾緊力的數值與摩擦系數成反比關系。在現實組裝作業中，生產車間常常有雜質、油污等，為此在進行扭矩控制法計算時，預緊力精度一般來說僅能到達約20%，適應于變速箱外部支架等非核心部件。

3.2 屈服點控制法

屈服點調控法是基于螺栓材料的屈服點數據來調控螺紋副的安裝，基于對擰緊的扭矩/轉角曲線斜率的分析，從而找到屈服點。螺栓的擰緊作業中，斜率數值迅速增加，隨后經過短時的放緩后而保持不變，經過控制點后，斜率數值飛速減小。屈服點調控法依靠的是材料從彈性變形狀態向塑形變形狀態過渡期間的性質，把螺栓的屈服強度發揮到極致，可以獲得較高的預警力，與此同時，摩擦系數波動不會改變預警力，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都會使扭矩/轉角曲線偏離正常的限度，隨后管理體系產生警示，適用于發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-轉角監控法

扭矩-轉角監控法是在扭矩調控的基礎下用緊固角完成預警能力的監控工作，即對達到目標扭矩時規定角度的范圍，當螺栓達到預設面生成扭矩時，通常是0.5～1.0 N·m 時開始角度測量工作，擰緊后，基于角度監控判斷轉角是否在預設角度的范圍內，從而保證扭矩良好。

扭矩調控-轉角監控法在變速箱擰緊安裝的質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，設備顯示預設扭矩已達到，托盤會照常放行，致使質量不過關狀況出現。

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結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設值，通常在擰緊作業結束后30 ms 內會產生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中經常出現的一種狀況，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，不科學的安裝操作；安裝作業中的溫度不適等。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，螺栓數量大于等于3 個時，則應該按照螺栓的排布規劃出科學的擰緊排序。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，下一步才擰緊外側螺栓，可以大幅削弱工件應力，讓其受力均勻，削弱扭矩衰減，實現完美的緊固。

4.2.2 擰緊步驟

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

5 結語

螺栓擰緊是變速箱安置作業中的核心項目，科學且均勻的力矩分布對安裝質量影響極大，但改變力矩的因素非常多，在實地作業特別是大規模制造作業中力矩的調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境、一般的擰緊調控手段和削弱扭矩衰減的科學方案三個層面，結合現實案例闡述了變速箱安裝作業中的擰緊質量調控方案，以提高裝配水準。