二次拧紧对变速器侧盖螺栓扭矩衰减的改善

孙乐乐　张玉臣　孙鑫

摘 要：螺栓拧紧在机械制造业中应用非常广泛。在螺栓拧紧的诸多控制方法中，最早应用同时也是最简单的控制方法是扭矩控制法，即当拧紧扭矩达到某一设定的控制值Tc时立即停止的控制方法。通过对变速器侧盖螺栓两种拧紧工艺的对比试验，分析检测扭矩衰减的原因，通过采用二次拧紧工艺对扭矩衰减进行有效改善。

关键词：变速器；螺栓；扭矩

规模化生产中，普遍采用自动拧紧机来实现对螺栓拧紧的要求。正规厂家生产的拧紧机的精度和稳定性都比较高，如精度达到±3%以上。因此，标定合格的拧紧机在拧紧螺栓后显示的扭矩值基本上是可以信任的。但对拧紧效果的事后检测，即对拧紧扭矩值的进一步确认是非常必要的。日常工作中，通过用扭矩扳手对已经拧紧的螺栓沿螺栓拧紧的方向人工施加一个逐渐增大的扭矩，直至螺栓再一次产生拧紧运动，读出此时的瞬时值，这就是所谓的紧固法。紧固法的扭矩与设备显示扭矩值有一定偏差，该偏差产生的原因是多方面的，如拧紧过程中的摩擦阻力为动摩擦，而旋动螺栓时的摩擦阻力为静摩擦，二者的摩擦系数不同；扳手的固有误差、操作人员的力度和视觉偏差、零件的影响等。

在我公司变速器装配过程中，螺栓拧紧的紧固法检测扭矩偏差多为负值，即多数情况下出现了衰减，且衰减幅度比较大。

D系列CHEVY变速器侧盖螺栓（M8*1.25）拧紧是在线十一轴拧紧机自动完成的，螺栓扭矩30Nm（25-35Nm）。原来的拧紧工艺为：拧紧机先拧紧螺栓至6Nm，再拧紧至设定扭矩35Nm（由于在人工检测时出现了扭矩值小于最小值25Nm的情况，因此把设备的设定值由最初的30Nm调整为35Nm），即一次拧紧工艺法。

由表1可以看到：设备自动拧紧后，三台变速器侧盖螺栓的即行检测扭矩（设备拧紧后立即用指针扭矩扳手进行检测）普遍出现衰减（检测扭矩等于设备设定扭矩的螺栓数量为1），平均扭矩值衰减幅度分别为19%、18%和10%，均超过10%。

拆解侧盖后发现，螺栓扭矩衰减明显的侧盖上螺栓头部压痕面积较小且不连续（图1），而螺栓扭矩变化不明显的位置如三号变速器的6、7、9和11号螺栓压痕连续均匀，面积较大（图2）。

由此可见，螺栓端面摩擦對扭矩衰减产生了显著的影响：接触面积小且不均匀的接触面，导致螺栓扭矩衰减的幅度大，而接触面大且平整对扭矩衰减的影响要小。

研究表明：

螺栓扭矩的10%转换为夹紧力，90%被摩擦力所消耗，其中的50%为螺栓头部环形端面与支承面间的摩擦阻力，40%消耗在螺紋副中，这就是所谓的50—40—10规则（图3）。

在50-40-10规则里，另一个影响螺栓扭矩的因素是螺纹副。虽然直观检查螺栓拧紧后螺纹副的情况比较困难，但十一个拧紧轴在拧紧螺栓时有快有慢在一定程度上说明了螺纹副因素（如杂质、毛刺等）对螺栓拧紧的影响。

与此形成鲜明对比的是，同一台变速器侧盖螺栓拧紧后松开，再拧紧至规定扭矩，其即行检测扭矩衰减程度较第一次有明显改善。

用一台变速器侧盖做试验：

第一次拧紧机先自动拧紧到7Nm，再拧紧至扭矩20Nm，然后反转360°松开；

第二次再依次拧紧螺栓至7Nm和30Nm，螺栓扭矩的变化情况如表2。

侧盖螺栓采用二次拧紧后，即行检测扭矩衰减明显降低（平均为-3.3%），个别螺栓的即行检测扭矩甚至比设备设定值还要大（如3、7、8和9号螺栓的即行检测扭矩都超过了30Nm），侧盖上螺栓头部的压痕更加明显，出现磨削痕迹。

实验表明：二次拧紧中的第一次拧紧能够一定程度上去除螺纹副的毛刺和杂质，消除侧盖上与螺栓头部接触面的高点，明显改善螺栓扭矩的衰减情况。

目前，变速器侧盖螺栓二次拧紧工艺已经开始应用，跟踪效果良好（见表3），并已在D系列变速器装配线的几台拧紧机上得到推广。

参考文献：

[1] 螺栓基本拧紧技术.