許金海，沈鵬亮

關(guān)于一種新型降噪套筒頭的研究

許金海，沈鵬亮

（東風(fēng)商用車有限公司車輛工廠，湖北 十堰 442000）

在螺栓和螺母的裝配過程中，沖擊式風(fēng)動(dòng)扳手及套筒是常見的裝配工具。沖擊式風(fēng)動(dòng)扳手及套筒在擰緊螺栓的過程中因沖擊式扳手內(nèi)部沖擊板塊和沖擊軸之間的撞擊，產(chǎn)生較大的噪音。文章深入分析了沖擊式風(fēng)槍和套筒在裝配過程中的噪音來源，在原有的鋼制結(jié)構(gòu)套筒基礎(chǔ)上，采用碳纖、玻纖等高分子材料，研究出了一種新結(jié)構(gòu)的套筒。在保證套筒的原有功能、性能基礎(chǔ)上，改變聲音傳播的介質(zhì)，降低聲音的振幅；較通用鋼制套筒，噪音降低了4分貝。

降噪套筒；工藝裝備；風(fēng)動(dòng)扳手；高分子材料

在商用車制造過程中，有大量的零部件采用螺栓和螺母的連接方式，尤其是車架總成裝配和商用車總裝裝配。對(duì)于流水線生產(chǎn)模式，提高裝配效率是所有總裝配廠永恒的研究課題。沖擊式風(fēng)動(dòng)扳手以其無反力、高效率、使用方便、價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)，在行業(yè)內(nèi)被廣泛使用。但是隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，國(guó)家對(duì)環(huán)保提出了更高的要求，職業(yè)健康保護(hù)成為每一個(gè)企業(yè)不可推卸的責(zé)任。噪音達(dá)標(biāo)及改善也成為各個(gè)商用車總裝配廠必須完成的課題。

在現(xiàn)有的商用車總裝生產(chǎn)線中，采用的螺栓擰緊套筒頭都是鋼制套筒頭。鋼制套筒頭的優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高、使用壽命長(zhǎng)；缺點(diǎn)是將沖擊式風(fēng)動(dòng)扳手或沖擊式電槍的沖擊噪音通過鋼制的套筒直接傳到車架，產(chǎn)生共振，造成噪音放大。為降低噪音，本文對(duì)噪音源及噪音的傳播途徑進(jìn)行了較為深入的研究。最后分析得出，噪音源是沖擊式風(fēng)動(dòng)扳手或沖擊式電動(dòng)扳手沖擊板塊反復(fù)沖擊板軸產(chǎn)生噪音。套筒頭不產(chǎn)生噪音，僅僅只是噪音的傳播介質(zhì)。根據(jù)這一研究結(jié)論，我們對(duì)套筒材料及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，以達(dá)到降低噪音的效果。

1 噪音現(xiàn)狀

1.1 沖擊式風(fēng)動(dòng)扳手噪音產(chǎn)生原理

風(fēng)動(dòng)扳手的工作原理是通過壓縮空氣推動(dòng)風(fēng)動(dòng)扳手內(nèi)部的葉片，將壓縮氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能[1]。對(duì)于電動(dòng)沖擊扳手，則是電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)沖擊架旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，傳遞至沖擊架，使得沖擊架旋轉(zhuǎn)。沖擊架的旋轉(zhuǎn)使得沖擊架內(nèi)的兩個(gè)沖擊塊以定位銷為中心做周期擺動(dòng)。兩個(gè)沖擊塊形狀相同，分別以安裝在沖擊架兩邊的定位銷為擺動(dòng)中心擺動(dòng)。擺動(dòng)過程中沖擊塊沖擊內(nèi)圈的沖擊軸，產(chǎn)生周期性的沖擊力，帶動(dòng)套筒頭旋轉(zhuǎn)。沖擊模塊如圖1所示，拆解后如圖2所示。

圖1 風(fēng)/電動(dòng)扳手沖擊模塊

圖2 風(fēng)/電動(dòng)扳手沖擊模塊分解

1.2 目前生產(chǎn)線噪音現(xiàn)狀

對(duì)車間現(xiàn)場(chǎng)的噪聲進(jìn)行采樣，噪聲測(cè)點(diǎn)時(shí)間及位置選取2021年的某商用車工廠，相應(yīng)的噪聲數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 某車輛工廠現(xiàn)場(chǎng)噪聲源測(cè)點(diǎn)

測(cè)點(diǎn)編號(hào)噪聲源現(xiàn)場(chǎng)噪聲值/dB(A)噪聲距離/m聲頻譜 1#物流器具運(yùn)輸88.02中高頻 2#下防護(hù)、貯氣筒螺栓擰緊93.32寬頻帶 3#后處理支架螺栓擰緊91.02中高頻 4#復(fù)合懸架U型螺栓擰緊94.12中高頻 5#前橋穩(wěn)定桿擰緊88.42中高頻 6#駕駛室前懸螺栓擰緊89.02中高頻 7#尾燈支架螺栓擰緊91.42中高頻 8#未知88.02寬頻帶 9#發(fā)動(dòng)機(jī)前懸螺栓擰緊90.52中高頻 10#駕駛室后懸螺栓擰緊91.22中高頻 11#油箱箍帶螺栓擰緊94.32中高頻 12#備胎架、油缸上支座擰緊90.42中高頻 13#前擋泥板、踏步支架擰緊90.82中高頻

通過現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)的噪聲數(shù)據(jù)可以看出，車間噪音主要來源于螺栓擰緊產(chǎn)生的噪音，噪音在88～94 dB(A)之間。

1.3 職業(yè)健康管理要求

噪聲會(huì)損害健康。人長(zhǎng)時(shí)間工作、生活在噪聲大的環(huán)境中，會(huì)導(dǎo)致人頭疼、頭暈、耳鳴等。噪聲對(duì)人體健康的危害是多方面的，最容易受到關(guān)注的是它對(duì)聽力的損害。噪聲會(huì)引起耳部不適，導(dǎo)致聽力下降。

按照有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范要求，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的噪聲要求等級(jí)要≤85 dB(A)。

2 套筒降噪原理及結(jié)構(gòu)

2.1 降噪原理

通過分析認(rèn)為在螺栓打緊的過程中，噪聲來源是風(fēng)槍動(dòng)力轉(zhuǎn)子及風(fēng)槍動(dòng)力轉(zhuǎn)子帶動(dòng)內(nèi)部沖擊塊、沖擊板軸的聲音。套筒頭連接板軸同時(shí)連接螺栓，噪音通過鋼制套筒頭傳遞到車架，使得整個(gè)噪音放大。

=（1）

式中，為波速；為頻率；為波長(zhǎng)。在聲音的傳播過程中，聲音的頻率保持不變，所以聲音的傳播速度和波長(zhǎng)成正比。對(duì)于鋼制受振物體，聲音的傳播速度快（聲音在鋼鐵中的傳播速度約 5 200 m/s），聲音在受振物體中傳播的波長(zhǎng)長(zhǎng)，傳播過程中的能量衰減小；對(duì)于碳纖和玻纖等受振物體，聲音的傳播速度慢（聲音在尼龍棒中的傳播速度是2 600 m/s，在復(fù)合高分子材料中的傳播速度是500～4 500 m/s，復(fù)合高分子材料密度越高，傳播速度越慢），此時(shí)聲音在受振物體中的傳播波長(zhǎng)短，傳播過程中的能量衰減大，使人感受的聲音響度降低。所以我們采用復(fù)合高分子材料作為套筒頭的主體。

2.2 新型套筒設(shè)計(jì)

目前我國(guó)鋼制套筒生產(chǎn)廠家多采用熱擠壓或熱模鍛方式生產(chǎn)套筒，能源和材料消耗大，工作環(huán)境差，其產(chǎn)品的內(nèi)在和外觀質(zhì)量也較差，而且模具壽命短[4]。而改進(jìn)的降噪套筒頭主體是碳纖維或玻璃纖維等高分子材料。通過濕法纖維纏繞工藝（濕法纏繞是將纖維集束浸膠后，在張力控制下直接纏繞到芯模上）大幅提高了套筒的抗扭性，工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備成本低[5]。兩端內(nèi)嵌鋼制六方、四方；注意內(nèi)嵌六方、四方外表面焊接的有凸出支點(diǎn)，從而增加內(nèi)嵌六方、四方與纏繞纖維連接的可靠性。在打緊時(shí)套筒四方和六方分別與扳手和打緊對(duì)象接觸，鋼制四方和六方能提高套筒的使用壽命。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用最廣泛的M12，M14螺母和打緊力矩為100～150 Nm的要求，我們對(duì)新型套筒頭通過實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，靜態(tài)緩慢加載可承受700 Nm的力矩。通過目前使用情況，已經(jīng)累計(jì)完成二十萬只螺栓裝配。實(shí)際測(cè)試單個(gè)風(fēng)動(dòng)扳手產(chǎn)生的噪音較鋼制套筒降低4 dB(A)。新型套筒結(jié)構(gòu)剖面如圖3所示，實(shí)物如圖4、圖5所示。

圖3 新型套筒結(jié)構(gòu)剖面

圖4 新型降噪套筒實(shí)物連接風(fēng)槍端

圖5 新型降噪套筒實(shí)物連接螺栓端

3 總結(jié)

尋找事物本源是我們有效解決問題的一種方法。在研究汽車總裝配噪聲改善過程中，我們深入分析了關(guān)于沖擊式風(fēng)槍、電槍打緊螺栓過程中噪聲的來源以及傳播途徑。通過對(duì)噪音傳播途徑的改變，有效實(shí)現(xiàn)了單個(gè)風(fēng)槍對(duì)比噪音降低 4 dB(A)。這種套筒頭也可以稱作復(fù)合材料套筒頭。為套筒頭的制作方法提供了一種新的思路，為商用車裝配行業(yè)噪聲改善提供了一種有效的方法。

[1] 葉華聰.風(fēng)動(dòng)扳手最大扭力調(diào)節(jié)方法研究[J].機(jī)車車輛工藝,2020(2):27-28.

[2] 郝濱海,夏思淝,張勇,等.套筒扳頭擠壓成形過程的計(jì)算機(jī)模擬[J].模具工業(yè),2002(1):17-19.

[3] 陳長(zhǎng)勝,謝富原,董曉陽,等.國(guó)產(chǎn)碳纖維干法纏繞成型工藝研究[J].航天制造技術(shù),2022(1):35-40.

[4] 肖亞超,鄭志才,陳艷,等.濕法纏繞成型工藝研究進(jìn)展[J].化工新型材料,2019,47(S1):24-28.

[5] 中華人民共和國(guó)噪聲污染防治法[N].人民日?qǐng)?bào),2022- 01-04(15).

[6] 中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部.工作場(chǎng)所職業(yè)病危害作業(yè)分級(jí)第4部分:GBZ/T 229.4—2012[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2012.

Research on a New Type of Noise Reduction Sleeve

XU Jinhai, SHEN Pengliang

( Vehicle Factory of Dongfeng Trucks Company Limited, Shiyan 442000, China )

In the assembly process of bolts and nuts, our commonly used impact wrenches and sockets are common assembly tools. The impact wrench and socket produce a large noise due to the impact between the impact plate and the impact shaft inside the impact wrench during the process of tightening the bolt. In this paper, the noise source in the assembly process of impact air gun and sleeve is analyzed in depth, and a new structure sleeve is developed by using polymer materials such as carbon fiber and glass fiber on the basis of the original steel structure sleeve. On the basis of ensuring the original function and performance of the sleeve, the medium of sound propagation is changed, the amplitude of the sound is reduced, and the noise is reduced by 4 decibels compared with the general steel sleeve.

Noise reduction sleeve; Process equipment; Wind-activated wrench; Polymer material

U463

A

1671-7988(2023)10-89-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.010.018

許金海（1981—），男，工程師，研究方向?yàn)樯逃密囇b配調(diào)整工藝，E-mail:kc-xujh@dfcv.com.cn。