关于一种新型降噪套筒头的研究

许金海，沈鹏亮

关于一种新型降噪套筒头的研究

许金海，沈鹏亮

（东风商用车有限公司车辆工厂，湖北 十堰 442000）

在螺栓和螺母的装配过程中，冲击式风动扳手及套筒是常见的装配工具。冲击式风动扳手及套筒在拧紧螺栓的过程中因冲击式扳手内部冲击板块和冲击轴之间的撞击，产生较大的噪音。文章深入分析了冲击式风枪和套筒在装配过程中的噪音来源，在原有的钢制结构套筒基础上，采用碳纤、玻纤等高分子材料，研究出了一种新结构的套筒。在保证套筒的原有功能、性能基础上，改变声音传播的介质，降低声音的振幅；较通用钢制套筒，噪音降低了4分贝。

降噪套筒；工艺装备；风动扳手；高分子材料

在商用车制造过程中，有大量的零部件采用螺栓和螺母的连接方式，尤其是车架总成装配和商用车总装装配。对于流水线生产模式，提高装配效率是所有总装配厂永恒的研究课题。冲击式风动扳手以其无反力、高效率、使用方便、价格低的优点，在行业内被广泛使用。但是随着国民经济的增长，国家对环保提出了更高的要求，职业健康保护成为每一个企业不可推卸的责任。噪音达标及改善也成为各个商用车总装配厂必须完成的课题。

在现有的商用车总装生产线中，采用的螺栓拧紧套筒头都是钢制套筒头。钢制套筒头的优点是强度高、使用寿命长；缺点是将冲击式风动扳手或冲击式电枪的冲击噪音通过钢制的套筒直接传到车架，产生共振，造成噪音放大。为降低噪音，本文对噪音源及噪音的传播途径进行了较为深入的研究。最后分析得出，噪音源是冲击式风动扳手或冲击式电动扳手冲击板块反复冲击板轴产生噪音。套筒头不产生噪音，仅仅只是噪音的传播介质。根据这一研究结论，我们对套筒材料及结构进行了改进，以达到降低噪音的效果。

1 噪音现状

1.1 冲击式风动扳手噪音产生原理

风动扳手的工作原理是通过压缩空气推动风动扳手内部的叶片，将压缩气体的内能转化为旋转的动能[1]。对于电动冲击扳手，则是电动机直接带动冲击架旋转，将电能转化为动能，传递至冲击架，使得冲击架旋转。冲击架的旋转使得冲击架内的两个冲击块以定位销为中心做周期摆动。两个冲击块形状相同，分别以安装在冲击架两边的定位销为摆动中心摆动。摆动过程中冲击块冲击内圈的冲击轴，产生周期性的冲击力，带动套筒头旋转。冲击模块如图1所示，拆解后如图2所示。

图1 风/电动扳手冲击模块

图2 风/电动扳手冲击模块分解

1.2 目前生产线噪音现状

对车间现场的噪声进行采样，噪声测点时间及位置选取2021年的某商用车工厂，相应的噪声数据如表1所示。

表1 某车辆工厂现场噪声源测点

测点编号噪声源现场噪声值/dB(A)噪声距离/m声频谱 1#物流器具运输88.02中高频 2#下防护、贮气筒螺栓拧紧93.32宽频带 3#后处理支架螺栓拧紧91.02中高频 4#复合悬架U型螺栓拧紧94.12中高频 5#前桥稳定杆拧紧88.42中高频 6#驾驶室前悬螺栓拧紧89.02中高频 7#尾灯支架螺栓拧紧91.42中高频 8#未知88.02宽频带 9#发动机前悬螺栓拧紧90.52中高频 10#驾驶室后悬螺栓拧紧91.22中高频 11#油箱箍带螺栓拧紧94.32中高频 12#备胎架、油缸上支座拧紧90.42中高频 13#前挡泥板、踏步支架拧紧90.82中高频

通过现场勘测的噪声数据可以看出，车间噪音主要来源于螺栓拧紧产生的噪音，噪音在88～94 dB(A)之间。

1.3 职业健康管理要求

噪声会损害健康。人长时间工作、生活在噪声大的环境中，会导致人头疼、头晕、耳鸣等。噪声对人体健康的危害是多方面的，最容易受到关注的是它对听力的损害。噪声会引起耳部不适，导致听力下降。

按照有关国家标准及规范要求，生产现场的噪声要求等级要≤85 dB(A)。

2 套筒降噪原理及结构

2.1 降噪原理

通过分析认为在螺栓打紧的过程中，噪声来源是风枪动力转子及风枪动力转子带动内部冲击块、冲击板轴的声音。套筒头连接板轴同时连接螺栓，噪音通过钢制套筒头传递到车架，使得整个噪音放大。

=（1）

式中，为波速；为频率；为波长。在声音的传播过程中，声音的频率保持不变，所以声音的传播速度和波长成正比。对于钢制受振物体，声音的传播速度快（声音在钢铁中的传播速度约 5 200 m/s），声音在受振物体中传播的波长长，传播过程中的能量衰减小；对于碳纤和玻纤等受振物体，声音的传播速度慢（声音在尼龙棒中的传播速度是2 600 m/s，在复合高分子材料中的传播速度是500～4 500 m/s，复合高分子材料密度越高，传播速度越慢），此时声音在受振物体中的传播波长短，传播过程中的能量衰减大，使人感受的声音响度降低。所以我们采用复合高分子材料作为套筒头的主体。

2.2 新型套筒设计

目前我国钢制套筒生产厂家多采用热挤压或热模锻方式生产套筒，能源和材料消耗大，工作环境差，其产品的内在和外观质量也较差，而且模具寿命短[4]。而改进的降噪套筒头主体是碳纤维或玻璃纤维等高分子材料。通过湿法纤维缠绕工艺（湿法缠绕是将纤维集束浸胶后，在张力控制下直接缠绕到芯模上）大幅提高了套筒的抗扭性，工艺简单、设备成本低[5]。两端内嵌钢制六方、四方；注意内嵌六方、四方外表面焊接的有凸出支点，从而增加内嵌六方、四方与缠绕纤维连接的可靠性。在打紧时套筒四方和六方分别与扳手和打紧对象接触，钢制四方和六方能提高套筒的使用寿命。针对现场使用最广泛的M12，M14螺母和打紧力矩为100～150 Nm的要求，我们对新型套筒头通过实验检测，静态缓慢加载可承受700 Nm的力矩。通过目前使用情况，已经累计完成二十万只螺栓装配。实际测试单个风动扳手产生的噪音较钢制套筒降低4 dB(A)。新型套筒结构剖面如图3所示，实物如图4、图5所示。

图3 新型套筒结构剖面

图4 新型降噪套筒实物连接风枪端

图5 新型降噪套筒实物连接螺栓端

3 总结

寻找事物本源是我们有效解决问题的一种方法。在研究汽车总装配噪声改善过程中，我们深入分析了关于冲击式风枪、电枪打紧螺栓过程中噪声的来源以及传播途径。通过对噪音传播途径的改变，有效实现了单个风枪对比噪音降低 4 dB(A)。这种套筒头也可以称作复合材料套筒头。为套筒头的制作方法提供了一种新的思路，为商用车装配行业噪声改善提供了一种有效的方法。

[1] 叶华聪.风动扳手最大扭力调节方法研究[J].机车车辆工艺,2020(2):27-28.

[2] 郝滨海,夏思淝,张勇,等.套筒扳头挤压成形过程的计算机模拟[J].模具工业,2002(1):17-19.

[3] 陈长胜,谢富原,董晓阳,等.国产碳纤维干法缠绕成型工艺研究[J].航天制造技术,2022(1):35-40.

[4] 肖亚超,郑志才,陈艳,等.湿法缠绕成型工艺研究进展[J].化工新型材料,2019,47(S1):24-28.

[5] 中华人民共和国噪声污染防治法[N].人民日报,2022- 01-04(15).

[6] 中华人民共和国卫生部.工作场所职业病危害作业分级第4部分:GBZ/T 229.4—2012[S].北京:中国标准出版社,2012.

Research on a New Type of Noise Reduction Sleeve

XU Jinhai, SHEN Pengliang

( Vehicle Factory of Dongfeng Trucks Company Limited, Shiyan 442000, China )

In the assembly process of bolts and nuts, our commonly used impact wrenches and sockets are common assembly tools. The impact wrench and socket produce a large noise due to the impact between the impact plate and the impact shaft inside the impact wrench during the process of tightening the bolt. In this paper, the noise source in the assembly process of impact air gun and sleeve is analyzed in depth, and a new structure sleeve is developed by using polymer materials such as carbon fiber and glass fiber on the basis of the original steel structure sleeve. On the basis of ensuring the original function and performance of the sleeve, the medium of sound propagation is changed, the amplitude of the sound is reduced, and the noise is reduced by 4 decibels compared with the general steel sleeve.

Noise reduction sleeve; Process equipment; Wind-activated wrench; Polymer material

U463

A

1671-7988(2023)10-89-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.010.018

许金海（1981—），男，工程师，研究方向为商用车装配调整工艺，E-mail:kc-xujh@dfcv.com.cn。