汽车装配过程紧固工具和设备的探究

李琨　董玮　宋伟佳　鲁鹏　刘吉

摘 要：本文对汽车装配过程中常用的紧固工具和紧固设备进行了探究，主要涉及扭矩扳手、冲击扳手和自动拧紧机等。本文介绍了扭矩扳手、冲击扳手和自动拧紧机的基本原理和使用方法，分析了它们在不同装配场景下的适用性和优缺点。通过深入探讨这些工具和设备的工作原理、特点和优缺点，本文旨在为汽车制造业提供有益的参考和指導。最后总结了汽车装配过程中紧固工具和设备的发展趋势和未来研究方向，提出了加强技术创新和研发的必要性，为汽车制造业提供有益的参考和指导。

关键词：汽车装配 紧固工具 紧固设备

1 引言

在汽车装配过程中，紧固工具和设备的应用是不可或缺的一环。随着汽车制造业的不断发展，对于紧固工具和设备的需求也在不断增长。为了确保汽车的质量和安全性，对于紧固工具和设备的要求也越来越高，这些工具和设备在装配过程中起着至关重要的作用，它们能够快速、准确地完成紧固工作，提高生产效率，降低成本，确保产品质量。汽车装配过程中紧固工具和设备的探究具有重要的意义。通过深入了解其工作原理、特点以及优缺点，我们可以更好地应对市场需求和技术变革，推动汽车制造业的发展。

2 拧紧工具和设备

汽车装配过程中，紧固工具和设备主要涉及扭矩扳手、冲击扳手和自动拧紧机等。这些工具和设备在装配过程中起着至关重要的作用，它们能够快速、准确地完成紧固工作，提高生产效率，降低成本，确保产品质量[1]。

2.1 扭矩扳手

扭矩扳手是最常用的紧固汽车紧固件的工具，如图1所示。这些工具允许用户对紧固件施加特定的扭矩，确保其按照制造的规格要求进行紧固[2-3]。扭矩扳手有三种主要类型：机械式、液压式和电子式。

（1）机械式扭矩扳手是最常见的类型，其工作原理是利用弹簧或砝码等弹力装置来设定所需的力矩值。当施加的力量达到设定值时，定值力矩扳手会发出咔嚓声或提供其他形式的反馈，告知用户已经达到所需的力矩值。机械式定值力矩扳手具有结构简单、价格低廉、易于携带等优点，但精度和稳定性相对较低。

（2）液压式扭矩扳手利用液压原理来传递力量，具有较高的精度和稳定性。液压式定值力矩扳手通常由液压泵、油缸和操作手柄等部分组成。通过调节液压泵的压力和流量，可以精确控制施加的力矩值。液压式扭矩扳手适用于高强度、高精度的螺栓连接，如桥梁、建筑等大型结构的装配。但液压式定值力矩扳手结构复杂、价格较高，且需要专业的维护和保养。

（3）电子式扭矩扳手是一种现代化的工具，它采用电子传感器和微处理器技术来测量和控制系统。电子式扭矩扳手具有高精度、高可靠性、智能化等特点，能够实时显示施加的力矩值，并自动校准和补偿各种外部因素对测量结果的影响。电子式扭矩扳手适用于精密装配和高强度螺栓连接等重要场合，能够大大提高工作效率和拧紧质量。但电子式扭矩扳手价格较高，需要专业培训才能熟练使用。

2.1.1 扭矩扳手优点

扭矩扳手提供准确和一致的紧固力矩，确保其按照正确的规格要求进行紧固。它们易于使用，有各种尺寸和样式可适用于不同的应用。数字扭矩扳手提供了精确和即时的扭矩测量的额外好处。

2.1.2 扭矩扳手缺点

扭矩扳手相较于普通扳手成本较高，并需要定期进行校准和保养，以确保其准确性和可靠性。不同规格的螺栓和螺母可能需要不同规格的扭矩扳手，具有一定的局限性。

2.2 冲击扳手

冲击扳手是另一种常用于紧固汽车紧固件的工具，如图2所示。它们使用旋转力和冲击力相结合来快速紧固或拆卸紧固件[4]，冲击扳手主要有电动与气动扳手两类。

（1）电动冲击扳手以电力为动力，通过电机驱动，能够快速、高效地完成螺栓和螺母的紧固或拆卸工作。相比传统的手动扳手，电动冲击扳手大大提高了工作效率，减少了工作强度，特别适合于大规模、高效率的装配工作。

电动冲击扳手通常具有较高的旋转和冲击精度，能够满足各种高精度螺栓和螺母的紧固需求。由于其精确的控制系统，电动冲击扳手可以精确地控制旋转角度、扭矩和冲击力，避免了手动操作时可能出现的误差和损坏。

许多电动冲击扳手具有可调扭矩功能，允许用户根据不同的螺栓和螺母规格调整所需的扭矩，以防止过度拧紧或拧不足的问题。这一特点使得电动冲击扳手能够适应不同的紧固需求，提高了工作的灵活性和可靠性。

现代电动冲击扳手通常具备智能化控制系统，能够实时监测工作状态、显示工作数据、记录工作历史等。这些功能有助于提高工作效率、保证工作质量，并为后续的维护和保养提供数据支持。

（2）气动冲击扳手需要压缩空气作为动力源，适用于具有气源的工业环境和工作场所。相比电动冲击扳手，气动冲击扳手不需要电源或电池，结构相对简单，故障率较低，适合在各种恶劣环境下使用。由于其机械结构相对简单，气动冲击扳手的维护和保养也相对简单方便。

气动冲击扳手通常具有较大的手柄和易于操作的开关，使得操作更加简单方便。在使用过程中，用户可以通过简单的操作来控制旋转角度、扭矩和冲击力，提高了工作效率和操作的便捷性。

气动冲击扳手的马达和气缸等部件通常采用金属材料制成，具有较好的耐久性和耐磨性。在连续使用或高强度使用的情况下，气动冲击扳手能够保持较长的使用寿命。价格通常比电动冲击扳手低，特别是对于一些小型或中型的工况，气动冲击扳手的性价比更高。

2.2.1 冲击扳手优点

冲击扳手快速而强大，可以快速紧固或拆卸顽固的紧固件。它们可在狭窄的区域中使用，无需使用长臂扳手。冲击扳手具有较高的效率，可以在更短的时间内完成更多的工作。

2.2.2 冲击扳手缺点

冲击扳手可能会造成过度紧固的问题，这可能导致紧固件的损坏或断裂。它们可能产生很大的噪音和振动，需要使用防护设备来保护使用者。冲击扳手的使用需要一定的技能和经验，否则可能会产生安全隐患。

2.3 自动拧紧机

自动拧紧机在汽车行业中的使用越来越普遍，如图3所示。这些机器旨在提供一种快速高效的方法来拧紧螺栓和螺母，同时确保准确性和一致性。自动拧紧机通常包括以下组成部分：拧紧工具：这是用于拧紧螺栓或螺母的工具。它可以是气动扳手、电动扳手、液压扳手或适用于该应用的任何其他類型的扳手。控制单元：这是机器的大脑，控制拧紧工具的操作。它可以是可编程逻辑控制器（PLC）、计算机或任何其他类型的电子控制器。传感器：这是在拧紧过程中测量扭矩和旋转角度的装置。它可以是扭矩传感器、角度传感器或两者的组合。电源：这是机器的电力、液压或气动来源[5-6]。

2.3.1 自动拧紧机的工作原理

自动拧紧机通过将螺栓或螺母拧紧到指定的扭矩和旋转角度来工作。操作员将所需的扭矩和角度值输入控制单元，然后机器就会处理剩下的部分。机器使用传感器在拧紧过程中测量扭矩和旋转角度，并相应地调整拧紧工具以确保达到指定值[7-8]。

自动拧紧机的一个关键优点是它能够提供一致和准确的结果。这是因为机器不受操作员疲劳等因素的影响，这些因素可能导致扭矩值不一致。此外，机器可以编程将螺栓和螺母拧紧到特定的扭矩和旋转角度值，这可以降低过度或不足拧紧的风险。

2.3.2 自动拧紧机优点

（1）提高效率：自动拧紧机可以比手动方法更快地执行拧紧过程，采用高精度的控制系统和传感器，能够精确地控制拧紧力和旋转角度，确保螺栓和螺母的紧固质量。同时，自动拧紧机通常配备多工位同时工作的特点，可以在短时间内完成大量螺栓和螺母的紧固工作，提高了工作效率。

（2）自动拧紧机通常配备可编程控制器或工业计算机，用户可以根据不同的螺栓和螺母规格、不同的紧固需求，编写个性化的工作程序。同时，自动拧紧机还具备高度定制化的特点，可以根据用户的特殊需求进行定制，满足不同行业和企业的生产需求。。

（3）自动拧紧机可以减少需要的操作员数量，并降低相关培训和人工成本。

（4）使用自动拧紧机可以减少人为因素对拧紧质量的影响，不受操作员疲劳或其他可能影响结果一致性的因素的影响，可以提供准确和一致的拧紧结果，提高拧紧质量和产品质量。

（5）自动拧紧机通常配备数据追溯和监控功能，能够对每个螺栓和螺母的紧固过程进行实时监测和记录。这些数据可以用于质量追溯、工艺优化等方面，帮助企业提高生产管理水平和产品质量控制能力。

2.3.3 自动拧紧机缺点

虽然自动拧紧机在汽车行业中具有很多优点，但也存在一些缺点。这些包括：

（1）初始成本高：购买自动拧紧机需要较高的初始投资成本。

（2）维护成本高：维护自动拧紧机需要专业知识和技能，并需要定期维护和保养。

（3）可能存在故障：自动拧紧机可能存在故障，可能需要额外的时间和费用进行修理。

3 紧固工具的未来发展趋势

随着汽车技术的不断发展，紧固方法也在不断改进和创新。未来，我们可能会看到更多的自动化和数字化工具用于汽车紧固件的紧固，例如使用机器人和传感器进行扭矩和角度紧固。另外，还可能会开发出更高效的紧固方法，以满足快速生产和装配的需求。

随着汽车工业的不断发展，自动拧紧机也在不断改进和发展。未来，预计自动拧紧机将实现更高的智能化和自动化水平。例如，自动拧紧机可能会配备更高级的传感器，以提高拧紧的准确性和一致性。自动拧紧机在汽车行业中发挥着越来越重要的作用。它们可以提高生产效率、保证拧紧质量和产品质量，并降低人工成本。随着技术的不断进步和发展，预计自动拧紧机将实现更高的智能化和自动化水平，成为汽车工业不可或缺的一部分。然而，无论未来的发展趋势如何，准确、稳定和可靠的紧固仍将是汽车制造的重要环节，需要引起重视。

4 结论与未来研究方向

有效紧固汽车组件是一个必要的过程，应正确执行，以确保汽车的安全和寿命。本研究表明，实现正确扭矩的方法和设备各不相同，了解影响紧固的因素可以做出明智的决定。本文还强调了使用正确的工具和设备以实现正确扭矩的重要性。最后，本文提出了建议，包括确保操作人员接受培训以正确使用工具和设备，遵守制造商的规范以及定期检查紧固件以确保其保持正确的扭矩。未来的研究可以探讨更多类型的扭矩扳手和其他用于紧固的工具，并比较它们的效率和精度。此外，可以探讨使用机器人紧固技术的可能性，以提高生产效率和减少人工错误的风险。最后，可以研究更加先进的技术，以改进汽车紧固件的紧固方法。

参考文献：

[1]徐海东.汽车螺纹紧固件连接质量及拧紧工艺的分析应用[D].合肥工业大学，2020.

[2]高润东，李向民，陈玲珠等.数显扭矩扳手用于螺栓群松动检测的试验研究[J].施工技术（中英文），2023，52（03）：1-3.

[3]于航.智能扳手的设计与研究[D].江苏科技大学，2021.

[4]马亮.定扭矩电动冲击扳手控制系统研究[D].安徽大学，2021.

[5]沈阳，栾会玲.基于螺栓自动拧紧机的纯电动车电动机装配工艺研究[J].汽车工艺与材料，2021（07）：66-70.

[6]徐健，李强，侯美蓉.AMT自动拧紧机在发动机装配线中的应用[J].工程建设与设计，2018（18）：143-144.

[7]李国钧.自动拧紧机原理分析及改进[J].汽车实用技术，2010（03）：94-96.

[8]吴拓.汽车总装车间六-五轴混合自动变位螺母拧紧机方案设计及应用[J].汽车实用技术，2017（11）：56-57+60.