汽車安全氣囊螺紋擰緊機(jī)構(gòu)的分析

謝學(xué)浩

【摘 要】安全氣囊是一種在汽車事故碰撞中自動(dòng)充氣膨脹，在二次沖撞中保護(hù)乘員、減輕傷害的安全保護(hù)裝置。在發(fā)生碰撞事故時(shí)，安全氣囊能否正常地工作，直接影響著乘員保護(hù)情況的關(guān)鍵。因此這就要求其在裝配過程中螺紋連接組以等高度、等扭矩、高技術(shù)來進(jìn)行。人工手動(dòng)裝配其工作過程單一、枯燥、勞動(dòng)強(qiáng)度大且容易出錯(cuò)，精度也不高，難以滿足安全性保護(hù)裝置的裝配要求。為改善這些問題設(shè)計(jì)了高效率、智能化的安全氣囊螺母擰緊設(shè)備的擰緊機(jī)構(gòu)。自動(dòng)擰緊設(shè)備能夠高效、高精度、自動(dòng)化完成螺母的擰緊。

【Abstract】The safety airbag is a safety protection device which is used for automatically inflating and inflating in the collision of an automobile accident and protecting passengers and reducing damage in the two collision. In the event of collision，whether the airbag can work properly， directly affects the protection situation of the crew. Therefore， it requires that the screw connection group with the characters of same height， torque， high technology in the process of its assembly. Manual assembly process is simple， boring， high labor intensity and error prone， and its accuracy is not high， it is difficult to meet the requirements of safety protection device assembly. In order to solve these problems， the high efficiency and intelligent tightening mechanism of the airbag nuts tightening device is designed. The automatic tightening device can be used for high efficiency， high precision and automation.

【關(guān)鍵詞】安全氣囊；螺紋連接；智能化；擰緊

【Keywords】safety airbag； threaded connection； intelligentize； tightent

【中圖分類號(hào)】TH165 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）04-0162-02

1 螺紋連接

1.1 螺紋連接的特點(diǎn)

汽車安全氣囊氣體發(fā)生器和氣囊封裝盒是通過螺紋連接裝配而成的。螺紋連接是利用螺紋零件，將兩個(gè)以上零件剛性連接起來構(gòu)成的一種可拆連接，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆裝方便、連接可靠且精度高的特點(diǎn)。螺紋連接的基本類型分為：螺栓連接、雙頭螺柱連接、螺釘連接、螺釘連接、緊定螺釘連接。汽車安全氣囊氣體發(fā)生器上選用的是普通螺紋連接。這種連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，使用時(shí)不受被連接件材料的限制。由于螺紋實(shí)際上是一個(gè)斜面，通過作用在螺紋上的正壓力產(chǎn)生摩擦力，螺紋連接預(yù)緊的目的就是增大正壓力來增強(qiáng)連接的可靠性。在擰緊前，先施加一定的擰緊力，當(dāng)螺紋開始擰緊時(shí)螺栓受到的扭矩很小，隨著擰緊的進(jìn)行，扭矩也逐漸增大，這時(shí)連接件正處于彈性變形階段，應(yīng)力和應(yīng)變成正比變化；當(dāng)應(yīng)力到達(dá)螺紋件的屈服點(diǎn)時(shí)，彈性變形階段結(jié)束，扭矩如果增大，會(huì)導(dǎo)致螺紋件被折斷等[1]。

1.2 螺紋擰緊扭矩—角度控制法

扭矩—角度控制法是通過軸向力和螺栓伸長(zhǎng)量的關(guān)系來進(jìn)行控制的。在擰緊的初始階段，將螺栓擰緊到貼緊扭矩值且轉(zhuǎn)過一定的角度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)貼合扭矩值可取擰緊力值的0.25左右。然后隨著扭矩的不斷增大，螺紋件處于彈性變形的階段，螺栓變形的伸長(zhǎng)量和預(yù)緊力成正比。當(dāng)螺紋件的應(yīng)力將要達(dá)到材料的屈服極限時(shí)，只要保持扭矩值的變化范圍，則預(yù)緊力也就能基本穩(wěn)定在屈服極限的附近且不超過材料的屈服極限。這就是扭矩—角度控制法[2]。

通過用摩擦系數(shù)不同的兩個(gè)螺栓且都用扭矩—角度的控制方法來進(jìn)行擰緊比較，如圖1所示，可以得出摩擦系數(shù)不同的螺栓擰緊后的力矩值相差很大；然而螺紋件的其他條件都相同，因此其預(yù)緊力變化不大且能達(dá)到螺栓屈服極限的805。和扭矩控制法相比較，扭矩—轉(zhuǎn)角控制法彌補(bǔ)了扭矩控制法無法檢測(cè)出連接件的任何問題，它不僅能鑒別出螺栓的異常狀態(tài)，能高精度地對(duì)擰緊進(jìn)行控制；材料的利用率也提高了。但是扭矩—角度控制的張力散布仍然很大[3]。

和扭矩控制法相比較，扭矩—角度控制法彌補(bǔ)了扭矩控制法無法檢測(cè)出連接件的任何問題，它不僅能鑒別出螺栓的異常狀態(tài)，能高精度地對(duì)擰緊進(jìn)行控制；對(duì)材料的利用率也提高了。但是扭矩—角度控制的張力散布仍然很大。扭矩—角度控制法適用于安全密切相關(guān)的部件或發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的可靠性部件，例如，連桿、飛輪、發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸蓋、剎車盤卡鉗、轉(zhuǎn)向器部件等。

2 擰緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 整體結(jié)構(gòu)布局

根據(jù)實(shí)際功能要求的主要技術(shù)參數(shù)以及工作場(chǎng)合，該自動(dòng)擰緊設(shè)備采用固定立式單軸。螺母自動(dòng)擰緊設(shè)備主要由擰緊機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)、支架和安全光柵組成。其結(jié)構(gòu)示意如圖2所示：

2.2 擰緊機(jī)構(gòu)的工作過程

根據(jù)汽車安全氣囊上螺母擰緊所需的裝配要求，此機(jī)構(gòu)采用了交流閉環(huán)伺服技術(shù)，扭矩—角度的擰緊控制策略。當(dāng)安全氣囊夾緊后，且進(jìn)入待擰緊狀態(tài)，伺服扳手通過交流伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，首先到達(dá)第一個(gè)螺栓的位置并進(jìn)行位置確認(rèn)，如果位置不正確，返回后重新找正，如果位置正確，則伺服扳手沿Z軸下降，且以較慢的速度尋找螺母，并套在螺母上直到套筒無法下降，這時(shí)再以較快的轉(zhuǎn)速根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行擰緊。同時(shí)，在擰緊的過程中，隨著擰緊的進(jìn)行扭矩傳感器對(duì)其扭矩值和轉(zhuǎn)角進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和反饋，當(dāng)扭矩值到達(dá)所設(shè)定的值，伺服扳手停止擰緊并且沿Z軸抬起上升，然后進(jìn)行下一個(gè)螺栓的擰緊且遵循螺栓的先后次序進(jìn)行直到將四個(gè)螺母完全擰緊，伺服扳手返回原位。若是螺紋連接經(jīng)檢測(cè)出擰緊不合格，則擰松再重新擰緊。[4，5]

【參考文獻(xiàn)】

【1】王麗. 汽車裝配中螺栓連接過程一致性的研究及應(yīng)用[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)， 2011.

【2】黃恭偉.螺紋擰緊技術(shù)研究及擰緊機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)， 2007.

【3】衛(wèi)道柱.螺紋自動(dòng)擰緊機(jī)的研制[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)， 2004.

【4】王志禮.基于動(dòng)態(tài)檢測(cè)的螺紋擰緊設(shè)備的研制[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2007.

【5】張建中.自動(dòng)擰螺絲機(jī)的次品檢測(cè)裝置：中國(guó)專利，CN201632829U[P].2010-11-17.