摘要：在汽车装配中，大多数的连接方式都是采用螺栓连接，包括车桥与车架连接、发动机与变速箱连接、驾驶室与车架连接等，设计合理的螺栓拧紧连接方式、正确采用螺栓拧紧工具、有效的螺栓拧紧检验方法是保证产品中螺栓可靠性的重要因素。
关键词：螺栓连接；扭矩控制；
引言：
在汽车装配中，螺栓拧紧的可靠性非常重要，螺栓或螺母的松动、连接失效，将直接影响整车行驶安全，严重情况下甚至影响用户的安全。本文对汽车螺栓的连接进行阐述。
1、螺栓连接类型及分类
常见的汽车结构连接方式有焊接、粘接、铆接、螺栓连接等，螺栓连接具有简单便捷、可以多次拆卸重新装配、标准化程度高、成本较低等优势。
螺栓拧紧连接通常分为：硬连接、软连接和联合连接。硬连接是指连接件硬度比较大，刚性的接合面贴合好的连接，一般不存在扭矩衰减，可能还有扭矩反冲，螺纹副贴合后旋转角度小于30°即可达到目标扭矩。软连接是指连接件本身比较软或者是连接件中间存在橡胶件等弹性元件，存在扭矩衰减，螺纹副贴合后需要旋转2圈即720°以上才能达到目标扭矩。联合连接是介于软连接和硬连接之间的连接方式，一般不存在扭矩衰减或扭矩反冲。汽车装配中常见的硬连接有汽车底盘车桥、发动机缸体等部件之间的连接。常见的软连接有塑料与金属之间或塑料与塑料之间的连接，比如塑料控制箱与结构件之间的连接。
2、螺栓连接的控制方法及优缺点
螺栓连接的控制方法有：扭矩控制；旋转角度控制；屈服点控制。扭矩控制是指设定拧紧工具的最大扭矩数值，达到数值之后即为拧紧结束；角度控制法是指设定拧紧工具拧紧旋转预定的圈数（角度）数值，达到数值后即为拧紧结束；屈服点控制法是指螺栓在达到塑性变形之前即为拧紧结束。
2.1扭矩控制法
扭矩控制就是利用扭矩与预紧力的线性关系在弹性区进行紧固控制的一种方法，该方法拧紧时只对一个确定的紧固扭矩进行控制，因此该方法操作便捷，是现在工厂中使用最普遍的的螺栓拧紧控制方式。优点是：容易实现不同精度等级的控制；拥有大量的产品和过程设计的标准数据，且应用历史悠久；过程和设备的有效性校验过程非常容易；技术人员和操作人员比较熟悉，广为认知。缺点：螺栓夹紧力的精度很差，可能达到±60%，受摩擦系数影响大；没有根本办法防止螺栓断裂。
2.2旋转角度控制法
鉴于扭矩拧紧法存在的不足，美国在上世纪40年代末开始研究螺栓伸长和轴向力的关系。螺栓拧紧时的旋转角度与螺栓伸长量和被拧紧件松动量的综合大致成比例，因而可采取按规定旋转角度来达到预定拧紧力的方法。首先将螺栓拧紧到起始扭矩，即将螺栓拉伸至接近屈服点，然后在旋转一定角度，将螺栓拉伸至塑性区域。旋转角度拧紧法的实质是控制螺栓的伸长量，在弹性范围内的轴向预紧力与伸长量成正比，控制伸长量就是控制轴向力，螺栓开始塑性变形后，虽然两者不再成正比，但螺栓受拉伸时的力学性能表现，只要保持在一定的范围内，轴向预紧力就能稳定在屈服载荷附近。所以两个摩擦系数不同的螺栓，虽然采用相同的拧紧法拧紧后但是由于螺栓强度、尺寸相同，所以预紧力相差不大。
优点：相对容易实现；过程和产品的有效性相对容易检查；螺栓的利用率大大提高。缺点：标准的拧紧规范通常不能直接使用，必须做一些连接分析；无法使用扭力扳手进行复紧校验；工具同时需要具有扭矩和角度测量能力。2.3屈服点控制
屈服点控制法的原理是通过扭矩与转角的关系即扭矩率的变化来确定屈服点，在拧紧过程中计算机随时计算扭矩转角曲线的斜率。当斜率明显下降时，说明已经到达屈服点，系统则停止拧紧。屈服点控制是最困难的一种拧紧控制方法，需要专业、精密的一起进行多次的测量和实验分析才能完成，过程检验困难，设备昂贵，一般情况下不采用屈服点控制。
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3.螺栓连接的动态扭矩和静态扭矩
动态扭矩是指紧固件在被紧固的过程中测量得到的峰值，一般来说，是由动力工具施加得到动态扭矩，动态扭矩是拧紧螺栓的过程中测量的，对于螺栓的轴向预紧力满足工程上对预紧力的要求，可以监控、反应拧紧装配过程的状态、结果以及工艺能力等。扭力扳手和电、气动工具都可以施加动态扭矩。动态扭矩不可以被紧固之后测量。静态扭矩是指紧固件被紧固好之后，将其在拧紧方向上继续旋转的瞬间所需的扭矩，静态扭矩是在紧固后测量的，有的时候也称之为参与扭矩。
4.拧紧工具的选用
4.1手动力矩扳手
常用的手动力矩扳手分为指针式和数显式两种，这两种力矩扳手的优点是造假低廉、使用简单、无噪音、无风电等能源消耗，适用于产品试验和抽检等环节。手动力矩扳手的缺点是由人工操作，操作者劳动强度高，容易出现人为因素造成的度数误差，进而影响拧紧精度。此外拧紧效率低下，不适合于大批量生产使用，且拧紧精度低。
4.2冲击扳手
可分为气动冲击扳手、油压脉冲扳手和蓄电池冲击扳手。价格适中、拧紧效率高、品种结构齐全可适用于各种复杂结构和位置的拧紧。
气动冲击扳手只能提供一定程度的拧紧力矩一致性，不能直接控制螺栓连接件的夹紧力，在作业时噪声和振动较大，一般只用于非关键件的连接和预紧使用，预紧后再使用其他精度较高的扳手进行复紧；油压脉冲扳手价格较高，其力矩偏差可控制在±10%之内，但该工具对压缩空气的要求较高，压缩空气不稳定对工具精度的影响较大。
蓄电池冲击扳手公差范围在±10%之内，基于作业效率高、人性化设计、减轻操作者劳动强度等特性，在很多汽车制造企业得到广泛的应用。
4.3电动控制扳手
电动控制扳手公差可控制在±5%，具有拧紧速度快、拧紧精度高、能够存储拧紧数据和拧紧曲线分析等特性，在汽车企装配中经常被使用，缺点是价格昂贵。
5.螺栓连接扭矩的衰减
在实际生产、使用过程中，对任何螺栓连接形式随着时间的推移都会有一定程度的扭矩衰减，软连接中扭矩衰减尤为严重。拧紧工作完成后发生在紧固件上扭矩降低现象即为扭矩衰减，衰减后的扭矩值低于目标值但较为稳定，一般在拧紧操作完成后30秒内完成60%以上的扭矩衰减，该性质为我们降低扭矩衰减的重要理论依据进行应用。
5.1影响因素：温度、拧紧速度、不合理的摩擦、拧紧方法、拧紧策略、拧紧速度、拧紧顺序、工件本身的材料硬度、材料强度、粗糙度、结构形式、螺栓的螺纹升角、表面镀层、粗糙度、硬度、强度；
5.2扭矩衰减的改善措施
拧紧策略：两步或多步拧紧，在拧紧过程中停顿50秒可释放弹性应变，降低衰减。
拧紧速度：当工件被压紧后，毛刺在较大的夹紧力下变形，变短夹紧力下降，残余扭矩同步下降，拧紧速度越快，毛刺的初始变形越小，残余扭矩下降越多，因此降低拧紧速度可以降低扭矩衰减。
表面粗糙度：表面粗糙度越小，材料表面越光滑，在拧紧后扭矩衰减越小。
材料硬度：提高材料硬度，材料表面互相之间嵌入越困难，扭矩衰减也越小。
螺栓的选择：细牙螺栓相比于粗牙螺栓螺距更小，螺纹升角也小，在使用中不易松动，因此采用细牙螺栓扭矩衰减会较粗牙低。
结束语
在产品设计中为确保汽车的安全可靠，应根据螺栓拧紧实际情况选择软硬连接，选择不同扭矩范围值和公差带。螺栓拧紧时选择合适的拧紧工具，采用合理的拧紧方法才能最大程度的确保螺栓拧紧的连接可靠，确保产品的安全可靠。
参考文献：
[1]黄玉东，马钧.汽车装配拧紧工具盒螺栓种类[J]工程技术•建筑工程2016（2）：68-69.
[2]王延军，金柱发，李银生.浅谈螺纹连接的扭矩控制[J]机电产品开发与创新2013（26）：62-64.
论文作者:许涛
论文发表刊物:《电力设备》2019年第13期
论文发表时间:2019/11/8
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