發動機螺栓連接及擰緊工具應用技術

黃星+王麗芳+程磊

摘 要：在工業生產尤其是汽車發動機當中，廣泛運用了螺紋連接，在每一臺發動機當中，螺紋緊固件的數量往往在一千到兩千件，而品種數量也常常多達一百多種，并且其與發動機以及車輛的安全性之間有著緊密關系，特別是用于連接螺釘與螺栓的產品一旦發生損壞，將引發一系列的嚴重后果，因此發動機螺栓連接與擰緊工藝也成為社會大眾廣泛關注的焦點問題。本文將在此背景之下，簡單介紹發動機螺栓的軟硬連接以及幾種常見的擰緊方法，并針對當前使用的普通擰緊工具以及電動擰緊機器進行簡要分析。

關鍵詞：發動機；螺栓；擰緊工具；應用

重慶市質量技術監督局科研項目：項目名稱： 動態多軸擰緊機校檢裝置的研究 項目編號：CQZJKY2014036

引言：筆者發現在近些年來汽車發動機出現的故障原因當中，發動機缸蓋螺栓和主軸承連接的故障問題是其中一大關鍵原因，并且由于螺釘、螺栓等自身的經濟價值比較低，因此長久以來并未得到人們的充分重視。但事實上由于發動機螺栓的連接問題屢屢出現各種事故和故障，因此研究發動機螺栓連接以及擰緊工具的應用對工業生產行業有著極為重要的現實意義。

一、發動機螺栓連接及擰緊方法概述

（一）螺栓硬、軟連接

發動機螺栓連接主要有三種形式，分別為硬性連接、軟性連接以及介于軟、硬之間的連接。假設將螺栓的聯接特性用一條刻度表進行表示，那么在刻度表的兩端則分別為硬性連接和軟性連接，但在二者之間還存在著眾多不同程度的螺栓連接[1]。具體來說，硬性聯接指的就是直接使用短螺釘或螺栓連接剛性較大且接觸面平整的金屬件。而在螺栓達到連接面之前只需要使用極小的力矩即可轉動螺栓，而一旦螺栓到達連接面之后，也僅僅只需要低于三十度的位移即可使得螺栓母準確達到預定力矩，并獲取其實際需要的壓緊力。而軟性連接則顧名思義，具備一定的柔性，也就是說螺栓在到達連接面后，往往需要較大的角位移，才能夠達到預定的力矩，不僅如此，在達到預定扭矩后，螺栓的慣性非常小幾乎可以忽略不計，這也使得其扭矩過沖也非常微小。

（二）螺栓擰緊控制法

絕大部分發動機螺栓連接的根本目的在于使得聯接件與被聯接件之間能夠形成一定的壓緊力。但鑒于現階段在裝配線當中還沒有一種行之有效且方便快捷的方法，能夠對壓緊力進行直接測量，因此通常情況下擰緊控制發動機螺栓需要使用間接的方法。目前比較常用的擰緊控制法主要有控制扭矩或轉角法、控制屈服點法以及控制落座點、轉角法和超聲波控制法。以扭矩控制法為例，該方法主要是利用發動機螺栓連接過程中，壓緊力同擰緊螺栓時施加的力矩成成比例關系，而螺紋與接觸面之間的摩擦值則為具體的比例系數。但實際上在擰緊螺栓時所施加的力矩，近乎九成被用于克服摩擦阻力，因此不斷變化的摩擦阻力也會在很大程度上影響到其獲得的壓緊力[2]。

二、擰緊工具的應用介紹

（一）普通擰緊工具

用于擰緊發動機螺栓的普通擰緊工具主要有手動扳手和氣動扳手兩種。其中最為傳統且使用范圍最廣的就是手動扳手，此種擰緊工具完全由使用人員的肌肉決定扭矩，因此其勞動強度比較大，且費工費時，擰緊的精確度也普遍偏低。運用在扭矩校準過程中的指針式扳手、定扭扳手等也存在類似問題。氣動扳手同樣也是被廣泛運用在我國汽車制造業當中的一項擰緊工具，其在擰緊螺栓或是螺母的過程當中主要依靠葉片馬達驅動一套沖擊結構，因此氣動扳手與手動扳手相比擰緊的節拍比較快，通常在兩到三秒即可擰緊螺栓和螺母，并且勞動強度比較小。但其也存在一定的缺陷，譬如說使用壽命比較短、需要消耗較大的氣量并且在使用過程中容易出現較大的噪音和震動力，損壞零件需要及時更換否則無法確保扭矩的精確性，與此同時還需要使用指針式扳手等進行最終復緊。

伴隨著科學技術的不斷發展進步，當前出現了一種全新的氣動扳手被看做是傳統氣動扳手的發展與升級。新的氣動扳手使用液壓沖擊結構以及傳感器，在中間沖擊當中利用高級潤滑油作為介質，實現液壓對剛性沖擊[3]。也就是借助氣動馬達產生的旋轉力，使得油壓可以急速上升，之后將產生的高壓傳遞至扳軸用于完成擰緊螺栓與螺母。與傳統的氣動扳手相比，新的氣動扳手使用壽命更長，在使用過程當中產生的噪音與震動力也得以有效降低。

（二）電動擰緊機器

在計算機技術的飛速發展之下，人們通過將其運用在發動機螺栓連接當中，能夠有效滿足高質量的連接要求。早在上個世紀七十年代末期就已經使用計算機控制擰緊螺栓的技術，隨著近些年來計算機業的持續發展，這一技術也在慢慢完善當中。使用計算機控制的電動螺栓擰緊機，是將電子信息技術與機械技術進行有機整合之后形成的產物。其主要由操作體和控制系統這兩大部分組合而成，操作體作為一項執行機構，主要用于完成擰緊螺栓和螺母的動作，因此其即可以為單軸，也同樣可以為多軸。而控制系統則主要用于對擰緊螺栓和螺母的全過程進行監視與控制，其在負責完成有效控制擰緊過程施行良動的同時，也能夠統計和分析最終的擰緊結果。由計算機控制的電動擰緊工具能夠有效彌補手動扳手和氣動扳手的各項缺點，不僅具備良好的精確度，同時還能夠有效降低噪音與勞動強度，提升勞動生產率，因此也被廣泛運用在汽車制造行業當中。

結束語：總而言之，工程技術人員通過使用發動機螺栓連接以及擰緊工具應用技術，能夠選擇正確的切削參數，從而在有效確保產品質量的基礎之上明顯提升螺紋連接的安全性與可靠性，將原本高昂的售后成本大大降低，進一步提升企業的綜合競爭優勢，幫助其在激烈的市場競爭當中占據有利位置。

參考文獻

[1]張啟慶，張震華，佘運義，李林峰，趙旺增. 淺談汽車發動機中螺栓的擰緊[J]. 汽車電器，2015，02：48-51.

[2]袁付貴，楊濤，劉云飛. 一種可變位螺栓擰緊裝置機構設計及應用研究[J]. 組合機床與自動化加工技術，2015，07：141-142+147.

[3]艾延廷，翟學，喬永利. 發動機螺栓的緊固技術及擰緊工具的運用研究[J]. 中國機械工程，2014，08：957-960.