吳 松,李家駒,楊 建
(重慶紅宇精密工業(yè)集團(tuán)有限公司,重慶 402760)
隨著汽車(chē)工業(yè)的飛速發(fā)展,對(duì)自動(dòng)變速器的需求也與日俱增,油泵作為自動(dòng)變速箱中重要的一員,對(duì)變速箱的性能產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。其中油泵螺釘?shù)臄Q緊力矩對(duì)油泵性能有重要影響。力矩過(guò)大,會(huì)造成零部件變形,螺紋損壞甚至螺釘斷裂;力矩過(guò)小,會(huì)造成螺紋連接不可靠,使得油泵在工作過(guò)程中發(fā)生泄漏甚至解體;無(wú)論力矩過(guò)大或過(guò)小,都會(huì)造成油泵性能的下降,嚴(yán)重時(shí)甚至失效。因此,筆者通過(guò)對(duì)油泵螺釘擰緊力矩的研究,確定擰緊力矩、擰緊方法及檢測(cè)方法,最終為油泵在批量生產(chǎn)中螺釘?shù)膽?yīng)用提供重要依據(jù)。
=KFd
(1)
式中:d2為螺紋基本中徑;d為螺紋公稱(chēng)直徑;ψ為螺紋升角;ρv為螺紋當(dāng)量摩擦角;fc為螺釘頭支承面與被連接件之間的摩擦系數(shù);d0為螺釘孔口直徑;D0為螺釘頭支承面外徑;K為擰緊力矩系數(shù),一般計(jì)算取K=0.2,也可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景選取適當(dāng)?shù)腒值[2],見(jiàn)表1所列。
表1 擰緊力矩系數(shù)K
螺釘?shù)墓Q(chēng)直徑d已知,如果能確定預(yù)緊力F,則可以按公式(1)計(jì)算螺釘?shù)臄Q緊力矩。
在確定螺釘?shù)念A(yù)緊力時(shí),一般是將螺釘擰緊到該部件所能承受的最大強(qiáng)度。但在實(shí)際應(yīng)用中,通常使螺釘擰緊后的預(yù)緊力達(dá)到[3]:
σ0=(0.5-0.7)σs
(2)
式中:σs為螺釘材料的屈服強(qiáng)度。
按上述方法確定螺釘連接的預(yù)緊力后,即可根據(jù)公式(1)計(jì)算出螺釘連接所需要的擰緊力矩。
以重慶紅宇JL6HTYB為例,如圖1所示,該總成所用螺釘?shù)牟牧蠟?5CrMoA,查閱相關(guān)資料,得到35CrMoA的屈服強(qiáng)度σs為835 MPa。M6粗牙普通螺紋的小徑D1=4.92 mm,取σ0=0.6,σs=501 MPa,則預(yù)緊力F=π(d1/2)2σ0=9 520 N,再根據(jù)公式(1)可計(jì)算出擰緊力矩T=11.424 N·m,再分別取σ0為0.5σs和0.7σs時(shí),可計(jì)算出擰緊力矩為9.5 N·m和13.328 N·m,即該型油泵總成使用螺釘連接擰緊時(shí)力矩應(yīng)在9.5~13.328 N·m之間,最終確定油泵裝配時(shí)螺釘?shù)臄Q緊力矩為11±1 N·m。
再以另一產(chǎn)品BYD6DT35YB為例,如圖2所示,其螺釘材料為30CrMo,屈服強(qiáng)度σs為785 MPa,根據(jù)以上公式,同樣可算出螺釘?shù)牧胤秶鸀?.95~12.53 N·m,最終確定油泵裝配時(shí)螺釘?shù)臄Q緊力矩為10±1 N·m。
圖1 重慶紅宇JL6HTYB油泵 圖2 重慶紅宇BYD6DT35YB油泵
根據(jù)公式(1)可知,在其他參數(shù)都一定的情況下,螺釘預(yù)緊力F與螺釘孔口直徑d0以及螺釘頭支承面外徑D0有關(guān)。以JL6HTYB為例,如圖3所示。
圖3 JL6HTYB油泵反作用支撐螺釘孔孔口倒角C1與C0.25
在汽車(chē)自動(dòng)變速器的行業(yè)中,螺釘擰緊最常使用的方法主要有以下兩種。
此方法需先按照前文所述方法計(jì)算出螺釘?shù)臄Q緊力矩,再使用專(zhuān)用工具或設(shè)備進(jìn)行擰緊,擰緊時(shí)以力矩作為最終目標(biāo),如圖4所示。
圖4 日本DDK擰緊槍擰緊程序(扭矩法)
通常情況下,對(duì)于螺釘數(shù)量不多的產(chǎn)品,可使用機(jī)械式扭力扳手按照一定的順序(通常是對(duì)角)直接擰緊即可,如圖5、6所示。
圖5 DTF360YB油泵的4顆螺釘1-4:擰緊時(shí)按照1-2-3-4擰緊 圖6 機(jī)械式扭力扳手
對(duì)于螺釘數(shù)量較多的零件,通常使用專(zhuān)業(yè)的螺釘擰緊槍進(jìn)行擰緊,擰緊時(shí)先以終擰緊力矩的一半進(jìn)行預(yù)擰緊(如,終擰緊力矩為10 N·m,則預(yù)擰緊力矩為5 N·m),擰緊時(shí)也需按一定順序擰緊,通常是先內(nèi)后外對(duì)角擰緊,如圖7所示。同時(shí),也可根據(jù)節(jié)拍需求,配置2把甚至更多數(shù)量的擰緊槍?zhuān)鐖D8所示。當(dāng)前擰緊槍的種類(lèi)較多,但功能都大同小異,其中較為優(yōu)秀的品牌有德國(guó)BOSCH、瑞典ATLAS、日本DDK等。
圖7 JL6HTYB油泵的101-10:擰緊時(shí)按照1-2-3-4-5-6-7-8-9-10擰緊 圖8 德國(guó)BOSCH擰緊槍顆螺釘(2把)
此方法先將螺釘以預(yù)擰緊力矩按順序擰緊,然后再將螺釘擰過(guò)指定的角度θ[4],擰緊時(shí)以角度作為最終目標(biāo),如圖9所示。
圖9 日本DDK擰緊槍擰緊程序(角度法)
式中:p為螺距;Cp為螺釘材料的剛度,N/mm。
兩種方法在應(yīng)用時(shí)相輔相成,使用扭矩法時(shí),可同時(shí)對(duì)擰緊角度進(jìn)行監(jiān)控,如圖10、11所示;使用角度法時(shí),也可對(duì)擰緊力矩進(jìn)行監(jiān)控。其中力矩法應(yīng)用更為廣泛,成本較低,一般認(rèn)為有±20%左右的誤差;而角度法精度更高,誤差可達(dá)±15%,使用時(shí)可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。
圖10 日本DDK擰緊槍 圖11 使用扭矩法擰緊螺釘時(shí)也可對(duì)角度進(jìn)行監(jiān)控
將已擰到位的螺釘反向擰松,讀出扳手所示的力矩值。根據(jù)原聯(lián)邦德國(guó)的資料介紹,擰松力矩約為擰緊力矩的70%~75%[5],表2為A6F5YB油泵螺釘?shù)臄Q緊與反松力矩。
表2 A6F5YB油泵螺釘擰緊與反松力矩 /N·m
經(jīng)過(guò)計(jì)算,這兩件油泵擰松力矩與擰緊力矩的比值分別為71.9%、69.7%。
用電子式數(shù)顯扭力扳手(見(jiàn)圖12)順著螺釘擰緊方向,當(dāng)讀數(shù)達(dá)到規(guī)定要求的下限值,螺釘不轉(zhuǎn)動(dòng);當(dāng)螺釘轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的讀數(shù)值小于規(guī)定要求的上限值,則可判定為合格。
圖12 電子式數(shù)顯扭力扳手
當(dāng)未達(dá)到規(guī)定下線螺釘即轉(zhuǎn)動(dòng)或已達(dá)規(guī)定上限螺釘仍不轉(zhuǎn)動(dòng)則判定為不合格。這種檢驗(yàn)方法比較可靠,也是目前應(yīng)用最廣泛的一種方法。
從油泵螺釘擰緊力矩的計(jì)算確定,螺釘?shù)臄Q緊方法,螺釘力矩的檢測(cè)方法等方面展開(kāi)分析,對(duì)自動(dòng)變速器油泵的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義,同時(shí)在汽車(chē)零部件領(lǐng)域的類(lèi)似零件螺釘扭矩也可參考此文進(jìn)行設(shè)計(jì)與生產(chǎn)。