螺栓拧紧定扭工具分类与选用分析

邵世杰，张亚光

螺栓拧紧定扭工具分类与选用分析

邵世杰，张亚光

（陕西法士特齿轮有限责任公司工艺研究所，陕西 西安 710119）

螺栓连接是汽车行业应用极其广泛的连接形式，螺栓拧紧是产品总成装配中一项重要内容，选用合适的定扭工具是保证螺栓拧紧质量的重要前提。各类型定扭工具适应不同的使用情况，文章主要介绍定扭工具分类与各类型定扭工具优缺点分析及选用要点。

螺栓拧紧；定扭工具；优缺点；选用原则

前言

随着产品质量不断提升，用户对总成质量提出了更高的要求，螺栓拧紧作为总成装配过程中一项重要内容，需要有可靠的手段控制螺栓拧紧质量。各类定扭工具的合理使用是控制螺栓拧紧质量的有效方法。

1 定扭工具分类

依照不同的分类标准，定扭工具有多种分类。

1.1 依照驱动方法分类

依照驱动方法定扭工具分为手动定扭工具与动力定扭工具。手动定扭工具主要包括咔嗒式/打滑式/折弯式预置定扭扳手；动力定扭工具依照动力来源分为气动式、电动式及液压式，其中电动式又分为有线电动工具与无线电池式工具。

手动工具使用较为灵活，能够满足多种应用场景，但效率较低，操作者负荷较重；气动式工具依靠压缩空气提供动力，需要有稳定、洁净、流量充足的压缩空气源，气源中的杂质会磨损气动马达，工具保养周期较短，含水或杂质较多的气源会加剧磨损甚至损坏工具；有线式电池工具需要电源供电，电动马达相对气动马达噪音更小且更为稳定，保养周期长，是比较理想的工具类型；电池式工具主要用于需要大范围移动使用或狭小空间内使用；液压式工具依靠液压泵提供动力，主要用于超大扭矩拧紧（4000N.m以上），汽车行业应用较少。

图1 气动工具

图2 电动工具

图3 电池工具

图4 液压工具

1.2 依照扭矩控制方式分类

依照扭矩控制方式可分为脉冲式工具与直驱式工具，直驱式工具又分为机械控制式、电流控制式与传感器控制式。脉冲式工具依靠脉冲式冲击达到预设扭矩，控制精度较低（7.5%-15%），但拧紧速度快且拧紧过程中反力较小；直驱式依靠连续拧紧达到预设扭矩，控制精度较高（3%-7.5%），但拧紧速度相对较慢且有操作反力。机械控制式直驱工具精度依据不同形式3%-7.5%，电流式直驱工具精度多数为7.5%，传感器式直驱工具精度3%-5%。传感器式工具精度高且能够输出结果值与曲线，便于监控、存储、分析、追溯，是最先进的控制方式。

1.3 依照现场应用形式分类

依照现场应用形式分类，定扭工具主要分为手持式工具与固定工位式工具。手持式工具使用更为灵活，固定工位式工具需要借助附属的机械结构进行拧紧，多用于自动化工位。

图5 枪式工具

图6 直柄弯头工具

图7 直柄工具

1.4 依照工具结构形式分类

依照工具结构形式分类，定扭工具主要有枪式工具、直柄式工具、直柄弯头工具。枪式工具操作轻便，方便单手操作，但由于力臂较短，对于直驱枪式工具，15Nm以上需要设置抗反力装置，脉冲式工具由于反力低多为枪式工具；直柄式工具由于力臂更短，多用于固定式工位使用；直柄弯头式工具为多数直驱式工具的结构类型。

2 常用定扭工具优缺点分析

2.1 咔嗒式预置定扭扳手

咔嗒式预置定扭扳手即咔嗒扳手，是现场应用较为普遍的手动式定扭扳手，属于依靠机械结构控制力矩的直驱式工具，一般的结构形式为直柄弯头式，无动力机构，结构紧凑。在规范操作的情况下拧紧精度3%，实际拧紧精度受操作者使用方法影响较大。由于人工拧紧，控制力矩一般在5-300N.m范围内，过大或过小均不易操作。适用于小批量产品生产、批量生产线中螺栓较少工位或拧紧空间紧凑位置的螺栓拧紧使用，为提高效率一般要配合预拧紧工具使用。

图8 咔嗒式预置定扭扳手

咔嗒式预置定扭扳手使用方法：操作前预先设置扳手定扭值，之后使用预拧紧工具拧紧螺栓至螺栓贴合结合面，预紧扭矩小于力矩下限；使用咔嗒式预置定扭扳手顺着螺栓拧紧方向均匀施力，逐步增加力矩，拧紧螺栓至规定力矩（扳手发出咔嗒声）；如扭矩扳手未转动即发出咔嗒声，说明预紧力矩超出规定力矩范围，需更换新螺栓重新拧紧。

2.2 油压脉冲工具

油压脉冲工具依靠动力源分为电动式与气动式，依靠扭矩控制机构分为机械控制式与传感器控制式，目前的主流产品为气动机械控制式油压脉冲工具与电动传感器式油压脉冲工具，前者技术成熟，应用广泛，后者为近两年上市的新型工具。以下主要介绍气动机械控制油压脉冲工具。

气动机械控制油压脉冲工具依靠调节机械装置设置扭矩值，一般用于5-500N.m扭矩范围，主要为枪式结构，操作轻便、转速高、反力小，相比气扳机噪音低，且具备一定的扭矩控制能力（10%-15%），是替换气扳机作为预紧工具或力矩精度要求较低工位的理想工具。但保养频次较高，需要定期更换易损件，一般为10万次拧紧保养，部分厂家新一代工具能达到30-40万次拧紧保养；无法输出扭矩结果值，需要进行扭矩抽检确保扭矩合格；需要洁净、稳定的气源，不稳定的气源影响工具精度；不适合用于软连接、偏软连接和预加扭矩的拧紧。

2.3 电动传感器式定扭工具

电动传感器式定扭工具主要分为手持式工具与固定工位式拧紧轴，主要有直柄弯头手持工具、枪式手持工具、直柄式固定拧紧轴等。

电动传感器式定扭工具依靠传感器与拧紧程序控制扭矩，控制精度高（3%~5%）；适用扭矩范围广（0.5-4000Nm)；可采用扭矩、角度控制/角度、扭矩监控、屈服点控制等多种拧紧策略；适用于各种软硬连接；拧紧结果数据与曲线可存储，实现可追溯性；几乎无噪音（<65dB）；保养周期长（25-100万次拧紧），故障少，长期使用稳定可靠；但扭矩大时，需要设置反作用力臂。固定式拧紧轴便于集成为自动化拧紧工位。电动传感器式定扭工具是目前最为先进、理想的工具类型，技术成熟，在汽车行业应用极为广泛，合资车厂或零部件厂几乎全部应用该类型工具。

3 总结

以上为各类型定扭工具介绍与优缺点分析，各类定扭工具适用于不同的使用场景，依照工位特点合理选用能够显著提升总成装配螺栓拧紧质量。

[1] 成大先.机械设计手册.北京:化学工业出版社,2008.

Classification and selection analysis of bolt tightening torque tools

Shao Shijie, Zhang Yaguang

（Shaanxi fast gear co., ltd, Shaanxi Xi’an 70119）

Bolted joints are an extremely widely used form of connection in the automotive industry. Bolt tightening is an important part of the assembly of the product assembly. The selection of a suitable torque tool is an important prerequisite for ensuring the quality of the bolts joints. Different types of torque tools are suitable for different use cases. This paper mainly introduces the classification and selection of torque tools and the advantages and disadvantages of each type of torque tools.

bolt tightening; torque tools; advantages and disadvantages; classification and selection

TG431

B

1671-7988(2019)14-158-03

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邵世杰（1992-），男，就职于陕西法士特齿轮有限责任公司工艺研究所，从事变速器装配工艺工作/研究。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.14.051