二次擰緊對變速器側蓋螺栓扭矩衰減的改善

孫樂樂　張玉臣　孫鑫

摘 要：螺栓擰緊在機械制造業中應用非常廣泛。在螺栓擰緊的諸多控制方法中，最早應用同時也是最簡單的控制方法是扭矩控制法，即當擰緊扭矩達到某一設定的控制值Tc時立即停止的控制方法。通過對變速器側蓋螺栓兩種擰緊工藝的對比試驗，分析檢測扭矩衰減的原因，通過采用二次擰緊工藝對扭矩衰減進行有效改善。

關鍵詞：變速器；螺栓；扭矩

規模化生產中，普遍采用自動擰緊機來實現對螺栓擰緊的要求。正規廠家生產的擰緊機的精度和穩定性都比較高，如精度達到±3%以上。因此，標定合格的擰緊機在擰緊螺栓后顯示的扭矩值基本上是可以信任的。但對擰緊效果的事后檢測，即對擰緊扭矩值的進一步確認是非常必要的。日常工作中，通過用扭矩扳手對已經擰緊的螺栓沿螺栓擰緊的方向人工施加一個逐漸增大的扭矩，直至螺栓再一次產生擰緊運動，讀出此時的瞬時值，這就是所謂的緊固法。緊固法的扭矩與設備顯示扭矩值有一定偏差，該偏差產生的原因是多方面的，如擰緊過程中的摩擦阻力為動摩擦，而旋動螺栓時的摩擦阻力為靜摩擦，二者的摩擦系數不同；扳手的固有誤差、操作人員的力度和視覺偏差、零件的影響等。

在我公司變速器裝配過程中，螺栓擰緊的緊固法檢測扭矩偏差多為負值，即多數情況下出現了衰減，且衰減幅度比較大。

D系列CHEVY變速器側蓋螺栓（M8*1.25）擰緊是在線十一軸擰緊機自動完成的，螺栓扭矩30Nm（25-35Nm）。原來的擰緊工藝為：擰緊機先擰緊螺栓至6Nm，再擰緊至設定扭矩35Nm（由于在人工檢測時出現了扭矩值小于最小值25Nm的情況，因此把設備的設定值由最初的30Nm調整為35Nm），即一次擰緊工藝法。

由表1可以看到：設備自動擰緊后，三臺變速器側蓋螺栓的即行檢測扭矩（設備擰緊后立即用指針扭矩扳手進行檢測）普遍出現衰減（檢測扭矩等于設備設定扭矩的螺栓數量為1），平均扭矩值衰減幅度分別為19%、18%和10%，均超過10%。

拆解側蓋后發現，螺栓扭矩衰減明顯的側蓋上螺栓頭部壓痕面積較小且不連續（圖1），而螺栓扭矩變化不明顯的位置如三號變速器的6、7、9和11號螺栓壓痕連續均勻，面積較大（圖2）。

由此可見，螺栓端面摩擦對扭矩衰減產生了顯著的影響：接觸面積小且不均勻的接觸面，導致螺栓扭矩衰減的幅度大，而接觸面大且平整對扭矩衰減的影響要小。

研究表明：

螺栓扭矩的10%轉換為夾緊力，90%被摩擦力所消耗，其中的50%為螺栓頭部環形端面與支承面間的摩擦阻力，40%消耗在螺紋副中，這就是所謂的50—40—10規則（圖3）。

在50-40-10規則里，另一個影響螺栓扭矩的因素是螺紋副。雖然直觀檢查螺栓擰緊后螺紋副的情況比較困難，但十一個擰緊軸在擰緊螺栓時有快有慢在一定程度上說明了螺紋副因素（如雜質、毛刺等）對螺栓擰緊的影響。

與此形成鮮明對比的是，同一臺變速器側蓋螺栓擰緊后松開，再擰緊至規定扭矩，其即行檢測扭矩衰減程度較第一次有明顯改善。

用一臺變速器側蓋做試驗：

第一次擰緊機先自動擰緊到7Nm，再擰緊至扭矩20Nm，然后反轉360°松開；

第二次再依次擰緊螺栓至7Nm和30Nm，螺栓扭矩的變化情況如表2。

側蓋螺栓采用二次擰緊后，即行檢測扭矩衰減明顯降低（平均為-3.3%），個別螺栓的即行檢測扭矩甚至比設備設定值還要大（如3、7、8和9號螺栓的即行檢測扭矩都超過了30Nm），側蓋上螺栓頭部的壓痕更加明顯，出現磨削痕跡。

實驗表明：二次擰緊中的第一次擰緊能夠一定程度上去除螺紋副的毛刺和雜質，消除側蓋上與螺栓頭部接觸面的高點，明顯改善螺栓扭矩的衰減情況。

目前，變速器側蓋螺栓二次擰緊工藝已經開始應用，跟蹤效果良好（見表3），并已在D系列變速器裝配線的幾臺擰緊機上得到推廣。

參考文獻：

[1] 螺栓基本擰緊技術.