基于汽車V推桿螺栓力矩研究討論擰緊工藝優(yōu)化方法

摘要：針對汽車行業(yè)如何建立一套完整的緊固件擰緊工藝開發(fā)體系及所需的設(shè)備，通過實(shí)際的汽車V推桿螺栓軸力優(yōu)化案例論證進(jìn)行討論，包括問題的概況、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、現(xiàn)場狀態(tài)確認(rèn)、零部件狀態(tài)確認(rèn)和擰緊工藝等步驟，最終完成螺栓打緊質(zhì)量提升，由實(shí)際出發(fā)確認(rèn)理論體系。

關(guān)鍵詞：商用車；V推桿螺栓；擰緊工藝體系

螺栓聯(lián)接在整車裝配中廣泛應(yīng)用，螺栓聯(lián)接在整車裝配中起到了至關(guān)重要的作用。它不僅是將各個(gè)零部件組裝在一起的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，更是確保車輛性能、安全和可靠性的重要因素。通過螺栓聯(lián)接，可以精確地固定和定位各部件的位置，確保其相對位置的準(zhǔn)確性，從而保證車輛的正常運(yùn)行。同時(shí)，螺栓聯(lián)接的緊固程度直接影響到各部件的配合精度和性能，過緊或過松都可能引發(fā)問題。因此，對螺栓的選型、安裝和緊固力的控制至關(guān)重要。此外，在保證安全方面，螺栓聯(lián)接也起到了不可替代的作用，如車架與車身的聯(lián)接、剎車系統(tǒng)的固定等，都離不開螺栓聯(lián)接的穩(wěn)定性和可靠性。因此，在整車裝配中，必須高度重視螺栓聯(lián)接的質(zhì)量和安全性，以確保車輛的整體性能和安全性，車企亟待建立一套完整的緊固件試驗(yàn)設(shè)備體系和問題解決方案。

本文以一次V推桿螺栓軸力的優(yōu)化提升為例，對汽車企業(yè)建立一套完整的緊固件試驗(yàn)體系所需的設(shè)備以及質(zhì)量提升方法進(jìn)行討論。

螺栓狀態(tài)確認(rèn)

V推桿螺栓作為整車傳動(dòng)的關(guān)鍵聯(lián)接螺栓，如果發(fā)生松動(dòng)會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的質(zhì)量問題，故此次策劃對此關(guān)鍵螺栓進(jìn)行軸力優(yōu)化。本次只從工藝角度進(jìn)行研究，故默認(rèn)此部位零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。

1.現(xiàn)場狀態(tài)確認(rèn)

在此階段要初步確認(rèn)螺栓的扭矩及軸力的衰減情況是否在正常范圍之內(nèi)，如果衰減屬于正常范圍則應(yīng)考慮擰緊工藝參數(shù)設(shè)定是否合理，零部件狀態(tài)是否合格。

在本案例中選擇現(xiàn)行產(chǎn)線的下線車輛進(jìn)行測試，結(jié)果見表1。

V推桿聯(lián)接部位使用的螺栓型號(hào)為M24×2，10.9級(jí)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3098.1—2010，此螺栓保證載荷為319kN，按照設(shè)計(jì)規(guī)定，使用扭矩法螺栓擰緊后軸力應(yīng)為保證載荷的60%～80%（191.4～255.2kN）?，F(xiàn)行工藝扭矩為960N·m，扭矩實(shí)際衰減16%，屬于正常范圍；但目前軸力只有規(guī)定的44%，擰緊效果較差。

初步確認(rèn)軸力較低的原因可以分為以下3點(diǎn)：

1）零部件表面狀態(tài)不合格導(dǎo)致端面摩擦系數(shù)增大，分散了擰緊后的作用力。

2）現(xiàn)行的工藝扭矩過低，導(dǎo)致軸力無法達(dá)到目標(biāo)要求。

3）現(xiàn)場擰緊工具異常，導(dǎo)致輸出扭矩小于工藝扭矩，軸力不達(dá)標(biāo)。

在此步驟測試扭矩的工具為殘余扭矩扳手（見圖1），軸力測試工具為超聲波軸力測試儀（見圖2）。

2.零部件狀態(tài)確認(rèn)

在本案例中，為確認(rèn)以上原因中與零部件狀態(tài)有關(guān)的因素，需對螺栓質(zhì)量及V推桿支座表面漆膜厚度進(jìn)行檢查。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)摩擦系數(shù)范圍為0.08～0.14，由表2可知兩個(gè)廠家的螺栓均合格。根據(jù)圖樣要求，此零部件漆膜厚度要求為≤35μm，由表3可知，零部件漆膜厚度不合格。此步驟中使用的設(shè)備為摩擦系數(shù)測量儀和漆膜厚度檢測設(shè)備（見圖3）。此步驟可以確認(rèn)在導(dǎo)致螺栓松動(dòng)的3點(diǎn)原因中，第一點(diǎn)是實(shí)際存在的。

1.擰緊工藝確認(rèn)

初步確認(rèn)軸力較低的第二、三點(diǎn)原因與擰緊工藝有關(guān)。使用模擬裝配設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，按照現(xiàn)行工藝扭矩和符合設(shè)計(jì)的零部件進(jìn)行擰緊試驗(yàn)并測量軸力情況，以此確認(rèn)現(xiàn)行工藝是否合理。由表4可知，在現(xiàn)行的擰緊工藝下，即使是裝配合格的零部件也無法確保軸力在合格范圍之內(nèi)。此步驟中使用到的設(shè)備為超聲波軸力測試儀和模擬裝配設(shè)備（見圖4）。

2.工藝優(yōu)化方案

由步驟1到步驟5可以確認(rèn)，螺栓松動(dòng)的主要原因?yàn)榱悴考砻鏍顟B(tài)不達(dá)標(biāo)和工藝扭矩設(shè)計(jì)不合理，由此可以提出工藝優(yōu)化方向如下。

1）保證零部件表面狀態(tài)合格。

2）在螺栓的屈服范圍之內(nèi)適當(dāng)增加扭矩以提升軸力。

想要對以上兩項(xiàng)因素進(jìn)行分析，需進(jìn)行相應(yīng)的對比試驗(yàn)，方案制定見表5。

試驗(yàn)1和試驗(yàn)2結(jié)果對比如圖5所示（每組試驗(yàn)樣本7pcs）。

通過對比試驗(yàn)1（試驗(yàn)1采用前期“擰緊確認(rèn)工藝確認(rèn)中的測試數(shù)據(jù)”）與試驗(yàn)2軸力測量結(jié)果可知，按照現(xiàn)行合格的漆膜厚度，960N·m的擰緊扭矩情況下，軸力均值167.85kN；1100N·m的擰緊扭矩情況下，軸力均值為179.57kN。由此可得出結(jié)論：在目前的漆膜厚度下，工藝扭矩提升至1100N·m，其大部分螺栓軸力仍小于設(shè)計(jì)需求。

試驗(yàn)3和試驗(yàn)4結(jié)果對比如圖6所示（每組試驗(yàn)樣本7pcs）。

通過對比試驗(yàn)3與試驗(yàn)4軸力測量結(jié)果可知，若保持端面接觸區(qū)無漆狀態(tài)，960N·m的擰緊扭矩情況下，軸力均值214.7kN；1100N·m的擰緊扭矩情況下，軸力均值為231.8kN。兩種擰緊扭矩狀態(tài)下的螺栓軸力均有了明顯提升，均已進(jìn)入設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，但1100 N·m狀態(tài)的軸力相較于960N·m的軸力仍有17kN的提升且距安全范圍255kN有24kN及37%的安全范圍?？紤]到現(xiàn)場擰緊工具的誤差范圍，得出最終的優(yōu)化方案為：保持?jǐn)Q緊位置無漆的零部件狀態(tài)，并且將現(xiàn)場工藝扭矩提升到1100N·m。

此步驟中主要使用到的設(shè)備為超聲波軸力測試儀和模擬裝配設(shè)備。

結(jié)語

根據(jù)此次V推桿螺栓軸力優(yōu)化全過程可以得出以下結(jié)論：

1）在汽車行業(yè)中，想要建立完整的擰緊試驗(yàn)室，需具有的設(shè)備包括但不限于摩擦系數(shù)測量儀、超聲波軸力測試儀、模擬裝配設(shè)備及殘余扭矩測試扳手。

2）對于汽車行業(yè)的擰緊接頭優(yōu)化方法主要為：背景調(diào)查→結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確認(rèn)→現(xiàn)場狀態(tài)確認(rèn)→零部件狀態(tài)確認(rèn)→擰緊工藝確認(rèn)→工藝優(yōu)化方案；根據(jù)此流程對問題進(jìn)行分析可以提高問題解決效率，降低損失。

參考文獻(xiàn)：

[1] 繆興龍.接頭力矩傳遞分析及對擰緊力矩的影響[J].機(jī)械管理開發(fā)，2023，38（11）：20-21，24.

[2] 張金連.發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過程擰緊工藝優(yōu)化[J].裝備制造技術(shù)，2023（1）：110-114.

[3] 呂奉陽，全鋒，楊萬慶，等.螺栓預(yù)緊力超聲波測量方法及應(yīng)用[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2023，48（17）：144-149.

[4] 王開平.橫向載荷下螺栓聯(lián)接結(jié)構(gòu)松動(dòng)行為及檢測研究[D].沈陽工業(yè)大學(xué)，2023.