图1  螺纹联接中的硬联接与软联接

本文阐述了汽车装配工具的分类、选型原则、方法及标定，同时介绍了螺纹联接的相关知识。对于总装生产线工艺人员来说，了解并掌握联接和工具的基础知识至关重要。

在轿车生产的四大工艺中，整车装配是完成产品的最后一道重要工序，在批量化、大规模和高效率的整车装配车间，选择得心应手的装配工具是确保生产正常进行的基础，也是确保产品质量的必要条件。对于工艺规划人员或工艺人员来说，选择和匹配合适、经济的装配工具并不容易，需要在全面掌握装配工艺的基础上，了解和掌握相关工具选型、匹配的基本常识、结构原理和技术性能等。

总装车间常用工具

1.手动力矩扳手

手动力矩扳手按外形结构可分成：手动可调力矩扳手、手动开口可调力矩扳手、手动表盘指针力矩扳手、手动定置力矩扳手和手持式数显力矩扳手等多种类型。手动力矩扳手主要由扭力主弹簧、扭力调整机构、锁止机构、驱动方头、外壳以及手柄等组成，其中扭力主弹簧是该类工具的核心零部件，可以通过改变扭力矩弹簧受压状态而实现改变所需力矩的大小，其自身精度为±3%，一般用在零部件装配完毕后，用于测量动力工具的拧紧状况，检测是否达到实际规定的工艺要求。

图2  螺纹联接中的受力分析

2.气动弯角定扭扳手

气动弯角定扭扳手按前端弯角结构形式可以分为：90°弯角式、鸭嘴扁头式、开口棘轮式、内嵌套筒式以及专用固定驱动等多种结构型式。气动弯角定扭扳手由离合器、气动电动机、齿轮组、断气阀、压杆、消声器和壳体组成。工作原理：操作人员压下工具压杆→压缩空气通过气路进入工具内部→压缩空气吹动气动电动机高速旋转→气动电动机的输出轴将力矩传输给机械式离合器→离合器在正常情况下将力矩传输给行星齿轮组，行星齿轮组将减速增扭后的旋转运动传递给转角齿轮组→转角齿轮组实现90°后，其驱动方头上安装的套筒将螺栓（螺母）拧紧，该类工具在标准作业状况下的自身精度能够达到±7%。

3.气动枪式螺丝刀

按离合器断气形式可分为：气动枪式定扭螺丝刀和气动枪式打滑螺丝刀，前者精度在标准作业状况下能够达到±7%，一般用于硬联接的装配工况，后者精度在标准作业状况下能够达到约±15%，一般用于软联接或中性联接的装配工况。

4.气动枪式液压脉冲扳手

气动枪式液压脉冲扳手由进气口、进气开关、正反转开关、气动电动机、断气杆、液压缸、驱动方头和壳体等部件组成。工作原理：当接上气源后→扣动进气开关→压缩空气顺进气通道进入气动电动机并使气动电动机高速旋转→电动机输出轴直接带动液压缸和驱动方头→作用于工件→当到达设定力矩后→液压缸开始动作→使断气阀封闭电动机进气口→实现定扭断气。应用范围：该类工具一般用在装配预拧紧的作业中，如轮胎与轮毂装配时的预拧紧、动力总成与车身装配时的预拧紧等。工具自身的精度约为±20%，在整车装配生产中一般很少采用该类工具。

图3  螺栓联接件的特性

5.蓄电池螺丝刀

蓄电池螺丝刀主要动力来自工具自带的蓄电池，一般为9.6V。蓄电池螺丝刀的基本结构与气动枪式定扭螺丝刀的基本结构大致相同，其不同之处在于电动机，蓄电池螺丝刀的电动机为直流无刷电动机，相对而言该类电动机的动力输出比气动电动机的动力输出平稳，受蓄电池电量多少的影响很小，该类工具使用时不需任何动力管线。蓄电池螺丝刀一般多用于小力矩且不能使用或不能无条件使用气动螺丝刀的内饰件装配等场合。

6.电动拧紧机

电动拧紧机主要由电动拧紧轴、电缆和电控柜组成。工作原理：根据装配工况的实际需求进行整套工具的拧紧程序编辑→操作人员压下工具电源按钮→工具在设定的程序下运作，并随时通过电缆向电控输入/输出力矩和角度的传感信号，以便整套拧紧系统的实时监控→到达力矩后电动拧紧轴自动切断电源，并对操作人员显示拧紧合格与否。电动拧紧机主要用于要求较高的机械装配拧紧过程，如压装后轮毂轴承单元和胎螺母拧紧等。

7.工具附件

工具附件按用途可以分为套筒类、接杆类和刀头类等。

（1）套筒类 基本参数包括套筒对边尺寸S、套筒长度尺寸L以及套筒接口尺寸B。其中套筒对边尺寸S，主要是指套筒六边的对边或十二边的对边尺寸，它的选择主要取决于被拧螺栓或螺母的对边尺寸；套筒长度尺寸L，主要是指套筒自身的长度尺寸，一般选用时根据被拧紧工件的空间位置而定，上述套筒两个参数尺寸一般有英制和公制之分，选择时要根据实际工况而定。套筒接口尺寸主要是套筒后端套筒联接在诸如棘轮扳手等主体工具的尺寸，目前的套筒接口尺寸均为英制尺寸，常见的有1/4（1＝2.54cm）、3/8、1/2和3/4等。套筒的一般技术参数表示为B=1/2、S=13、L=38，表示接口为1/2、对边为13mm以及长度为38mm的普通套筒。

（2）接杆类 主要参数有接杆的接口尺寸B和长度尺寸L，其中接口尺寸B的选择主要取决于棘轮扳手等主体工具驱动方头尺寸和套筒的接口尺寸，一般接杆两头的接头尺寸一致，即接口头的尺寸与输出头的尺寸一致，但也有两头的尺寸不一样的接杆，例如输入头接口尺寸为1/2，而输出头方头尺寸为3/8，但一般很少使用。

（3）刀头类 常见刀头可分为：一字刀头、十字刀头和TORX刀头等。一字刀头的主要技术参数是六角柄的尺寸B、刀体长度L、刀头宽度l及刀头厚度b，六角柄的尺寸B多为1/4，很少用到5/16和3/8，刀头的选择主要取决于工具主体内插式驱动方头的尺寸；刀体长度L是指整个刀头的总长，一般取决于实际拧紧装配的位置空间；刀头宽度l主要是指与螺钉槽口接触的刀尖部分的宽度l；而刀头厚度b主要是指刀尖部分的厚度，这两个参数主要取决于螺钉实际的开槽情况，槽口越宽越厚，所需的一字刀外部尺寸便愈大。十字刀头的主要参数是六角柄的尺寸B，刀体长度L及刀头的号数，同样六角柄尺寸多为1/4，很少用到5/16和3/8。刀体长度L同一字刀头刀体长度L的描述一样，刀头号数主要是刀头尖端部分号数，一般为3类，即1号、2号和3号，其中1号刀头的刀头尖角为30°，2号刀头的刀头夹角为90°，3号刀头的刀头夹角为120°。刀头的号数选择主要取决于拧紧螺钉的头部外形尺寸。

图4  螺栓联接的特性

螺纹联接

国际标准ISO 5393规定，从螺栓接触工件表面至螺栓达到目标力矩所转过的角度小于30°的联接称为硬联接，大于720°的联接称为软联接，而介于30°和70°之间的联接称为过渡联接（也称为中性联接）（见图1）。螺纹联接中的受力分析如图2所示。螺栓紧固两工件时有3组作用力，即：工件两外表面与螺栓两内端的磨擦力、螺栓头部螺纹副的磨擦力以及工件内部的夹紧力。在这3个力中只有两工件内部的夹紧力才是装配所需要的，通过大量的试验得出：工件两外表面与螺栓两内端的磨擦力为转矩的50%，螺栓头部螺纹副的磨擦力为转矩的40%，两工件内部的夹紧力为转矩的10%，这就是“541法则”。这种法则是一种正常情况下螺纹紧固件拧紧力矩的分配比例，但对于加润滑剂装配的螺纹紧固件以及紧固螺钉并不适用。螺栓联接件的特性、螺栓联接的特性以及摩擦力对夹紧力的影响如图3、图4和图5所示。

螺纹拧紧力矩的检测方法

螺纹力矩的检测方法包括静态检测、动态检测和应变片检测等。

图5  摩擦力对夹紧力的影响

1.静态检测

静态检测是用针式力矩扳手（或其他类型手工力矩扳手）直接检测拧好的螺栓，方法简单易操作，但不够精确、误差较大而且对螺栓可能造成破坏。

2.动态检测

动态检测是在紧固螺栓的同时进行检测，测得的值是螺栓的拧紧力矩，不是所需要的夹紧力，但通过一定的试验，可以得出在一定转矩下螺栓所得到的夹紧力。动态检测速度快，所得到的转矩值较准确。

3.应变片检测

它主要通过应变片式力矩传感器来检测在螺栓拧紧过程中的各个阶段的拧紧力矩，但由于应变片式力矩传感器制造要求较高、造价较贵，在目前力矩控制领域尚未得到广泛的使用，一般用在拧紧过程要求较高的力矩控制场合，例如：发动机缸体、缸盖等零部件的拧紧，采用电动拧紧机来保证其拧紧精度，其内部就有内置式应变片式转矩传感器。

工具选型的原则

1.确定大致方向

根据产品初期规划设计的年产能力、产品的总体规划设计方案，结合实际工艺布置及工位数量，计算出整车生产节拍，并根据产品自身的工艺特点和产品在装配时的难易程度，采取讨论的形式，确定新项目选择和匹配工具大致的方向和类别，以确定是以动力工具为主还是以手动工具为主，为接下来的现场实质性选择和匹配提供明确的指导方向。

2.确定工具选型的档次、要求

产品的总体技术要求及质量要求是确定选择和匹配生产工具技术条件及其质量要求的重要参考依据，这里所说的产品总体技术要求是指产品的总体类别是属于高档汽车还是低档汽车，其产品生产制造的质量等级是何标准。以便工艺规划人员确定工具选型和匹配的大致种类、技术要求和基本档次。

3.兼顾项目总体投资规划要求

装配工具的选型和匹配是整个新项目的组成部分，在选型和匹配时要考虑整个项目的总体投资，若项目总体投资有限制和要求，需要在新项目工具选型和匹配时，在满足生产条件、产品质量要求和工艺要求的基础上，尽量降低项目投资成本。

工具的标定

手动工具标定：工具需定时标定，手动工具一般可以随时标定，生产线每隔一定工位放置一台手动标定仪，选购标定仪时要注意其力矩范围，对总装的力矩来说一般一台校验仪不能完全覆盖，可以选择LC（1～200Nm）和484-400（40～400Nm）配合使用。电动、气动工具标定：我公司使用ATLAS公司的ATCA3000QC标定仪，其组成部分包括主机、力矩传感器、测试联接件、电缆、转换开关和标定小车等。

工具选型方法

1.装配力矩范围及力矩分布情况

装配力矩是工具选型的最重要依据，工具选型前应对整个生产线装配点进行梳理，整理出每个装配点所需力矩，以及这些装配点所在工位，然后考虑装配时间及节拍要求，确定工具数量。

2.了解每个装配点的装配特点及特殊要求

由于装配点位置及零件本身特点不同，对装配工具提出了相应的要求，例如：转向油管、制动油管这些管路的装配需要用到开口扳手；存在位置限制的情况需要用到鸭嘴式工具；防止装配件跟转需要用到专用工具。

3.确定重要装配点的装配手法

包括动力总成、后轴和驱动螺母在内的某些装配点不是一次打到位，有些是用棘轮扳手预紧，再用气动扳手打到一定力矩，最后用定扭扳手复紧；驱动螺母、轮胎需要落地才能进行复紧等操作。

结语

汽车总装生产线的装配实质上就是把各种零部件按照一定的组合关系联接起来，这就势必要用到各种各样的工具，因此了解和掌握联接和工具的基础知识对总装生产线工艺人员来说至关重要，在新车型工具选型、前期SE分析以及维修等方面可以起到事半功倍的效果。