汽車安全氣囊螺紋擰緊機構的分析

謝學浩

【摘 要】安全氣囊是一種在汽車事故碰撞中自動充氣膨脹，在二次沖撞中保護乘員、減輕傷害的安全保護裝置。在發生碰撞事故時，安全氣囊能否正常地工作，直接影響著乘員保護情況的關鍵。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、高技術來進行。人工手動裝配其工作過程單一、枯燥、勞動強度大且容易出錯，精度也不高，難以滿足安全性保護裝置的裝配要求。為改善這些問題設計了高效率、智能化的安全氣囊螺母擰緊設備的擰緊機構。自動擰緊設備能夠高效、高精度、自動化完成螺母的擰緊。

【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】TH165 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）04-0162-02

1 螺紋連接

1.1 螺紋連接的特點

汽車安全氣囊氣體發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，將兩個以上零件剛性連接起來構成的一種可拆連接，具有結構簡單、拆裝方便、連接可靠且精度高的特點。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生器上選用的是普通螺紋連接。這種連接結構簡單，裝拆方便，使用時不受被連接件材料的限制。由于螺紋實際上是一個斜面，通過作用在螺紋上的正壓力產生摩擦力，螺紋連接預緊的目的就是增大正壓力來增強連接的可靠性。在擰緊前，先施加一定的擰緊力，當螺紋開始擰緊時螺栓受到的扭矩很小，隨著擰緊的進行，扭矩也逐漸增大，這時連接件正處于彈性變形階段，應力和應變成正比變化；當應力到達螺紋件的屈服點時，彈性變形階段結束，扭矩如果增大，會導致螺紋件被折斷等[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量的關系來進行控制的。在擰緊的初始階段，將螺栓擰緊到貼緊扭矩值且轉過一定的角度。根據經驗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，螺栓變形的伸長量和預緊力成正比。當螺紋件的應力將要達到材料的屈服極限時，只要保持扭矩值的變化范圍，則預緊力也就能基本穩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]。

通過用摩擦系數不同的兩個螺栓且都用扭矩—角度的控制方法來進行擰緊比較，如圖1所示，可以得出摩擦系數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，因此其預緊力變化不大且能達到螺栓屈服極限的805。和扭矩控制法相比較，扭矩—轉角控制法彌補了扭矩控制法無法檢測出連接件的任何問題，它不僅能鑒別出螺栓的異常狀態，能高精度地對擰緊進行控制；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—角度控制法彌補了扭矩控制法無法檢測出連接件的任何問題，它不僅能鑒別出螺栓的異常狀態，能高精度地對擰緊進行控制；對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的部件或發動機內的可靠性部件，例如，連桿、飛輪、發動機汽缸蓋、剎車盤卡鉗、轉向器部件等。

2 擰緊機構設計

2.1 整體結構布局

根據實際功能要求的主要技術參數以及工作場合，該自動擰緊設備采用固定立式單軸。螺母自動擰緊設備主要由擰緊機構、夾緊機構、支架和安全光柵組成。其結構示意如圖2所示：

2.2 擰緊機構的工作過程

根據汽車安全氣囊上螺母擰緊所需的裝配要求，此機構采用了交流閉環伺服技術，扭矩—角度的擰緊控制策略。當安全氣囊夾緊后，且進入待擰緊狀態，伺服扳手通過交流伺服電機的驅動，首先到達第一個螺栓的位置并進行位置確認，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，這時再以較快的轉速根據實際工況進行擰緊。同時，在擰緊的過程中，隨著擰緊的進行扭矩傳感器對其扭矩值和轉角進行實時檢測和反饋，當扭矩值到達所設定的值，伺服扳手停止擰緊并且沿Z軸抬起上升，然后進行下一個螺栓的擰緊且遵循螺栓的先后次序進行直到將四個螺母完全擰緊，伺服扳手返回原位。若是螺紋連接經檢測出擰緊不合格，則擰松再重新擰緊。[4，5]

【參考文獻】

【1】王麗. 汽車裝配中螺栓連接過程一致性的研究及應用[D].長春：吉林大學， 2011.

【2】黃恭偉.螺紋擰緊技術研究及擰緊機控制系統設計[D].合肥：合肥工業大學， 2007.

【3】衛道柱.螺紋自動擰緊機的研制[D].合肥：合肥工業大學， 2004.

【4】王志禮.基于動態檢測的螺紋擰緊設備的研制[D].合肥：合肥工業大學，2007.

【5】張建中.自動擰螺絲機的次品檢測裝置：中國專利，CN201632829U[P].2010-11-17.