变速箱装配拧紧质量控制策略

李小龙

（中国重汽集团大同齿轮有限公司，山西 大同 037305）

引言

随着汽车工业的飞速发展，汽车作为人们出行的重要工具，其数量随之猛增。在数量猛增的背景下，人们对其核心部件之一的变速箱的质量和性能进行了重点关注和优先考虑，在很大程度上变速箱的安全性决定了汽车的安全性及其质量好坏。排除设计阶段的问题外，变速箱的质量好坏在很大程度上与其装配过程有关，即变速箱质量的好坏在很大程度上与装配策略有关，而装配质量的好坏需从拧紧技术谈起。因此，结合工作实际，本文寻找扭矩衰减解决办法，从而进一步加强对变速箱的质量控制。

1 拧紧的基本概念

所谓拧紧指的是使用螺栓、螺母或者是内螺将需要连接的组件接在一起，利用螺栓的形变产生的轴向拉力使各组件紧密结合在一起，然后利用螺母或者是内螺纹固定。这样的连接方式旨在使变速箱即使在不同的工作环境或不同的载荷情况下都能够确保拧紧不发生松脱现象，即便是在极恶劣条件下也能使得变速箱安全平稳运行，该装配方式简单、拆卸方便、装配成本低。

2 拧紧工具的选型及应用

为保证装配质量，在装配过程中需合适地选取各部分零件组装过程中所需的拧紧工具。由于每个独立部分的连接件的不同，所需要的装配零件也会有些微差异，我们需要从该部分的工艺要求精度方面考量进而选取工具，除此之外还需要考虑变速箱的安全等级限制、产品的功能特性等，选择不同精度和工艺的连接组件和拧紧工具。装配需要用到的拧紧工具可分为三个种类，因为装配需要使用到螺丝和螺母，所以扭矩扳手是必不可少的；除此之外还需要气动工具和电动工具。扭矩扳手由于其自身具备的条件具有一定缺点，如扭矩数据不能被多次存储，以至于如果装配过程中出现问题，使用扭矩扳手的组件部分不易分析问题所在，所以扭矩扳手在装配过程中常被用于检测部分，检测扭矩是否在合格范围内。气动操作工具在装配中也存在着一些不足，虽然它在装配过程中可实现快速装配，但是其装配的部件扭矩控制精度不够，还需要较多的能源供给，因此在实际操作中，气动工具常常被用于拆卸过程中。电动工具摒弃了扭矩扳手和气动工具的使用缺点，结合了扭矩扳手控制精度高和气动工具可进行数据存储的优点，同时其还可进行数据传输，电动工具大大地提高了拧紧技术的质量。电动工具为适应不同的使用情境，被分为拧紧枪和拧紧轴，由于装配过程中各部分的精度要求不同，通常情况下拧紧枪用于精度要求不高的外部支架等不关键的部分，而拧紧轴常常被用于装配精度高的关键部分。

3 拧紧策略的选择

螺栓的拧紧扭矩需要根据具体情况分布扭矩比例，用于螺栓夹紧和克服摩擦力。螺栓的油污等表面污渍及螺栓本身的杂质含量都会影响变速箱的拧紧质量，甚至可能造成重大事故，因此需格外注意。

拧紧策略的主要控制办法有控制扭矩的扭矩控制法、屈服点控制法及扭矩和角度同时监控的扭矩控制-角度监控法和质量保证法等，由于质量保证法的使用成本较高，本文重点讨论前面三种控制法。

3.1 扭矩控制法

扭矩控制法的具体操作为将螺栓拧紧到合适的预设扭矩后，固定机构保持静止，这个方法具有简单易上手、扭矩易复检的特性。由于螺栓的材料、技艺精度、润滑程度具有差异性，因此改变了螺纹表面之间，螺纹副之间多个螺纹相连地方的摩擦系数。若螺栓和装配扭矩不变，夹紧力的数值与摩擦系数成反比关系。在现实组装作业中，生产车间常常有杂质、油污等，为此在进行扭矩控制法计算时，预紧力精度一般来说仅能到达约20%，适应于变速箱外部支架等非核心部件。

3.2 屈服点控制法

屈服点调控法是基于螺栓材料的屈服点数据来调控螺纹副的安装，基于对拧紧的扭矩/转角曲线斜率的分析，从而找到屈服点。螺栓的拧紧作业中，斜率数值迅速增加，随后经过短时的放缓后而保持不变，经过控制点后，斜率数值飞速减小。屈服点调控法依靠的是材料从弹性变形状态向塑形变形状态过渡期间的性质，把螺栓的屈服强度发挥到极致，可以获得较高的预警力，与此同时，摩擦系数波动不会改变预警力，但螺栓的材料和热处理指标的门槛较高，任一滑动和停滞状态都会使扭矩/转角曲线偏离正常的限度，随后管理体系产生警示，适用于发动机的缸盖螺栓和连杆螺栓等，不包括对变速箱螺栓拧紧操作。

3.3 扭矩控制-转角监控法

扭矩-转角监控法是在扭矩调控的基础下用紧固角完成预警能力的监控工作，即对达到目标扭矩时规定角度的范围，当螺栓达到预设面生成扭矩时，通常是0.5～1.0 N·m 时开始角度测量工作，拧紧后，基于角度监控判断转角是否在预设角度的范围内，从而保证扭矩良好。

扭矩调控-转角监控法在变速箱拧紧安装的质量安装中有较高的地位，如拧紧变速箱分油盘、油冷器螺栓时，用来保证密封性，一般来说，在分油盘或油冷器处要有O 型圈，如果单一地使用扭矩法，当拧紧后存在夹胶状况，设备显示预设扭矩已达到，托盘会照常放行，致使质量不过关状况出现。

4 改善扭矩衰减方式

4.1 扭矩衰减定义

扭矩衰减的定义为拧紧作业结束后在紧固件上扭矩下降的状况，衰减后的扭矩值波动很小且小于预设值，通常在拧紧作业结束后30 ms 内会产生60%以上的扭矩衰减。

4.2 控制方式

扭矩衰减是螺栓安装作业中经常出现的一种状况，源于材料的形变和局部嵌入，致使被安装件的表面摩擦力过高；塑料或密封件的弹性连接材料；安装速度过快，不科学的安装操作；安装作业中的温度不适等。对于各种的扭矩衰减状况的修正方案也不尽相似，以下仅以技术维度为切入点。

4.2.1 拧紧顺序

在单个或两个螺栓拧紧时，通常选用拧紧刚度大的被连接处；当被连接件刚度相同，螺栓数量大于等于3 个时，则应该按照螺栓的排布规划出科学的拧紧排序。如果螺栓排布在被紧固件边缘，一般用对角拧紧法。如果螺栓排布在被紧固件无规则，一般来说，除了用对角拧紧法外，还要首先拧紧中心处附近的螺栓，下一步才拧紧外侧螺栓，可以大幅削弱工件应力，让其受力均匀，削弱扭矩衰减，实现完美的紧固。

4.2.2 拧紧步骤

拧紧步骤是螺栓在拧紧作业中的安排方针，有两步和多步拧紧的手段，并在拧紧作业中静止50 ms，让弹性应变释放，削弱扭矩衰减。

5 结语

螺栓拧紧是变速箱安置作业中的核心项目，科学且均匀的力矩分布对安装质量影响极大，但改变力矩的因素非常多，在实地作业特别是大规模制造作业中力矩的调控是一个繁琐的项目。通过叙述拧紧的简要定义，从拧紧工具的主要类型和适用环境、一般的拧紧调控手段和削弱扭矩衰减的科学方案三个层面，结合现实案例阐述了变速箱安装作业中的拧紧质量调控方案，以提高装配水准。