如何从源头控制整车标准砝码装配问题 说明：

摘要：现代质量控制理论认为，质量是设计出来的。对于整车产品而言，表现为先有标准，而后才有质量。产品对标准的执行程度决定了产品质量，也决定了市场地位。但若质量控制的源头——标准出现问题，将使得后期所有工作失去意义。对连接整车各零部件的标准砝码而言，发生此类问题的后果更为严重。因此，可从材料选定、应力分析、标准砝码种类选择、国内外标准对比和试验等方面入手，先期制定合适的标准，从源头杜绝此类问题的发生。

1标准砝码的重要性

1.1标准砝码概述

标准砝码是指结构、尺寸、画法、标记等各个方面已经完全标准化，并由专业厂生产的常用的零（部）件，如螺纹件、键、销、滚动轴承等等。广义包括标准化的紧固件、连结件、传动件、密封件、液压元件、气动元件、轴承、弹簧等机械零件。狭义仅包括标准化紧固件。汽车行业的标准砝码一般指狭义上的紧固件。标准砝码的参数，目前常用的有以下相关标准：GB（国标）、ISO(国际标准)、DIN（德制）、JIS（日标）ANSI/ASME（美标）、BS（英制）。我国一般采用GB的规定，对于某些合资企业或技术合作的汽车企业，多采用外方标准对应GB使用的策略。标准砝码的检验项目分为三大部分，即尺寸、机械性能和表面缺陷。一般遵循GB90《紧固件验收检查，标志与包装》及SN0030-92《出口紧固件检验规程》和相应的产品标准、技术条件规定。

1.2标准砝码的作用

众所周知，现代化工业标准便是关于螺纹配合公差的规定，诞生于英国，由此可见标准砝码在现代工业生产中的重要性。据统计，约有70％的被连接件和组合装置是由标准砝码连接的，而在各工业部门的全部生产过程中，约有60％的工时是消耗在装配和紧固上。如一部汽车所使用的标准砝码有2000多个(占汽车成本的3％～4％左右)，一架洛克霍德C5A运输机需用226万多个，一辆坦克需用7000多个。标准砝码虽小，但其重要性却不言而喻。若标准砝码质量不合格，所造成的损失往往是灾难性的，如在20世纪80年代初期，美国通用汽车公司由于安装在轿车底部控制架上的两个12．9级螺栓发生了延迟断裂，前后发生了27次交通事故，最终在640万辆轿车上不得不用10．9级螺栓更换了这两种螺栓，为此耗资7000多万美元。1985年8月日本航空公司一架波音747客机由于飞机尾翼上850个螺栓中有一部分存在质量问题，造成尾翼破坏而失事，造成航空史上罕见的520人丧生的惨案。对此，当时全世界74家航空公司对共608架飞机的35．3万个螺栓进行了更换，其工作量和经济损失十分惊人。

1.3标准砝码的种类及数量

标准砝码的种类繁多，有螺栓、螺柱、螺母、螺钉、垫圈、销、自攻螺钉、挡圈、铆钉、密封件、轴承、弹簧和组合件等。不同的工业产品对标准砝码的需求是不同的，以重型商用车为例，常用的标准砝码有螺栓、螺母、螺钉、螺柱、铆钉、挡圈、垫圈、销轴等。据统计一辆重型商用车可能用到两千多个不同型号的标准砝码，但使用最为频繁的属螺纹件，约占标准砝码总数的74%。而螺纹中最常用的又以螺栓为主，约占螺纹件的47%。以下所分析的主要内容也以螺纹件为主。

2标准砝码常见问题

2.1常见问题标准砝码在使用过程中会出现各种问题，总的来说可归纳为三大类。零件质量问题。指零件本身存在质量缺陷所导致的紧固失效，具体表现为不满足检验标准，主要体现在材料选用、表面处理和尺寸缺陷三个方面。由零件本身出现的质量问题，可导致各种严重后果，如预紧力失效、松动甚至断裂。装配操作问题。该问题指零件本身不存在质量缺陷，在装配过程中由于各种人为的或非人为的因素所导致的紧固失效。如装配工人力矩超出预定范围、装配工具老化、被紧固零件工作环境影响等。此类问题一般会导致紧固件松动。紧固设计问题。该问题指设计人员在设计时标准砝码选择不当所导致的失效，一般表现为预紧力力矩选择不当、标准砝码型号选择不当。此类问题所产生的后果可大可小，如紧固松动或零件断裂，甚至影响被紧固零部件工作，均有可能发生。

2.2实际发生问题自从陕西重型汽车有限公司（以下简称“陕重汽”）引进了MAN产品技术（F3000)，采用了新结构的六角法兰面带肋螺栓配六角法兰面带肋螺母后。市场上频繁出现底盘螺栓松动现象，以板簧支架螺栓松动表现最为突出。

3分析与解决问题

3.1松动原因分析

从自动松脱的机理分析，蠕变、压陷和接触面直接的相对移动均有可能引起松脱，导致预紧力下降。而发生上述情况的原因较多，如螺栓螺母匹配较混乱、螺栓连接件表面不平、自锁螺母过打紧等。通过分析，底盘螺栓松动的原因可分为内部原因和外部原因两大类，具体如下。内部原因：1.设计给定的力矩不准确；2.未按要求打紧；3.标准给定的力矩不准确。外部原因：1.连接件本身质量问题；2.标准砝码问题（主要考虑摩擦系数）。

3.2表面损伤分析

该分析是基于外部原因，标准砝码表面损伤可能会导致出现螺栓松动。陕重汽目前底盘装配过程中，对螺栓、螺母等标准砝码的拧紧一般使用气动拧紧机，拧紧时一边用扳手固定，另一边拧紧机的套筒与螺母或螺栓头部六角部分接触，靠冲击震动打紧。扳手固定时一般不会损伤标准砝码的表面，仅有压痕；而套筒为全钢结构，如果磨损较多，则会损伤标准砝码，导致六角头部分棱边磨损，则会严重影响防腐性能。此外，在底盘受力部件装配中,较多使用达克罗螺栓配镀锌自锁螺母，由于这种连接副主要依靠螺纹部分变形达到自锁目的，因此拧紧后螺栓伸出部分的螺纹变形、损伤严重，完全失去防腐能力。

3.3质量分析

由于紧固扭矩的90%左右被螺纹和支撑面摩擦扭矩所消耗，因此摩擦系数的变化对扭矩力的影响比较大。

3.4装配工具

除却人为因素外，装配工具的精度也会影响螺栓的装配效果。装配使用的拧紧工具主要分为下面三类。气动工具：主要的拧紧工具，装配所有M16以下的螺栓；仅用于连接，有力矩要求的地方需要借助定值扭力扳手，精度约±10%。电动工具：主要用于装配推力杆螺栓，精度约±3%。拧紧机：主要用于力矩的精确控制，装配轮胎螺母，骑马螺栓等；精度约±3%。通过分析可知，装配工具在长时间工作后，或工具本身精度不高，可导致装配预紧力不达标。在被连接件负荷工作一段时间后，也可能导致螺栓松动。

3.5试验验证结论

根据上述原因分析，可提出多种解决方案，但需通过试验确认导致螺栓松动的真正原因，防能提出正确的解决方案。3.5.1不同连接方式标准砝码防松性能对比试验对目前常用的连接方式进行横向振动防松性能对比试验，包括：1.六角法兰面带齿螺栓+六角法兰面带齿螺母；2.六角法兰面带齿螺栓+施必牢螺母；3.六角头螺栓+自锁螺母；4.六角头螺栓+六角头螺母+平垫+弹垫；5.六角法兰面带齿螺栓；6.六角头螺栓。部分试验数据见图5。螺栓防松试验结论：1.在198N·m安装扭矩时，六角头螺栓夹紧力大于六角法兰面带齿螺栓；2.从拆卸力矩角度考虑，六角头螺栓拆卸扭矩小于六角法兰面带齿螺栓；3.六角法兰面带齿螺栓与六角头螺栓在198N·m安装扭矩时，夹紧力衰减比相当。螺纹连接副防松试验结论：1.在198N·m安装扭矩时，夹紧力大小顺序是：六角头螺栓+普通螺母>六角头螺栓+自锁螺母>六角法兰面带齿螺栓+六角法兰面带齿螺母；2.从拆卸力矩角度考虑，六角法兰面带齿螺栓+六角法兰面带齿螺母>六角头螺栓+自锁螺母>六角法兰面带齿螺栓+施比牢螺母>六角头螺栓+普通螺母；3.夹紧力的衰减比大小顺序是：六角头+自锁螺母>六角法兰面带齿螺栓+六角法兰面带齿螺母>六角法兰面带齿螺栓+施比牢螺母>六角头螺栓+普通螺母。根据试验结论可得出：六角法兰面带齿螺栓+六角法兰面带齿螺母配合夹紧力衰减小，拆卸力矩大，质量稳定可靠，作为首选；但是其摩擦系数大，需要将拧紧力矩提高。

3.5.2标准砝码拧紧力矩

夹紧力试验在摩擦系数试验机上，对螺栓、螺母配合进行测试。提供总摩擦系数、螺纹摩擦系数、支撑面摩擦系数的数据，以及夹紧力、转角、拧紧力矩关系图，见图6。根据试验数据得出结论：1.施比牢螺母的摩擦系数为0.27—0.33之间，自锁螺母的摩擦系数为0.25—0.3之间，均比标准规定值大，导致夹紧力不足，为了得到相同的夹紧力需要提高施比牢螺母的拧紧力矩；2.按照当前施加拧紧力矩，螺栓提供的夹紧力为保证载荷的30%-40%之间，螺栓的利用率较低。

3.5.3车架板簧支架拧紧试验

为了解不同种类螺栓螺母（六角头螺栓自锁螺母和六角法兰面带齿螺栓螺母），不同强度车架对拧紧力矩和夹紧力的影响。在拧紧试验机上，模拟车架和板簧支架的连接方式，进行装配测试，拧紧到螺栓屈服状态后，停止试验。测试拧紧过程的夹紧力、转角、拧紧力矩关系。试验按零件连接方式有四种方案，见表2。对以上4个试验方案的4组试验数据进行线性拟合，得出不同类型螺栓和不同强度车架连接拧紧力矩和夹紧力矩对比，见图8。分析结果显示：1.六角法兰面带齿螺栓螺母连接总摩擦系数＞六角螺栓自锁螺母连接总摩擦系数；2.SQ650L总摩擦系数＞SQ590L总摩擦系数。

3.5.4提高现有拧紧力矩试验

试验对双前轴车辆板簧支架8处使用六角法兰面带齿螺栓（白螺栓）的扭矩按280±28N·m控制。在生产线抽取两辆国Ⅳ水泥搅拌车，进行跟踪试验。使用定值力矩扳手设定280N·m对板簧支架螺栓紧固,后用数显力矩扳手进行测量。结果显示：（1）螺栓拧紧后有衰减现象，路试后和线头的力矩变化不大。（2）螺栓拧紧力矩增大，自松衰减变化随之增大；（3）增大力矩对工艺器具提出更高的要求；（4）法兰面自锁螺母的力矩下降值大于使用STR自锁螺母的力矩下降值。

3.6分析结果

结构的防松措施是额外的，主要要靠前期计算、校核来保证连接件有足够的夹紧力，从而保证螺栓的防松性能。一般预紧力控制在螺栓屈服的75%—90%，根据计算确定。螺栓利用率越高，拧紧力矩控制精度要求越高。通过对各种原因的分析，零件本身质量不可能长期大批量存在问题、对工具进行改良后依然松动、通过试验得出可提高扭矩的结论。由此可知，螺栓松动主要还是由于拧紧力矩标准值制定不当。将力矩调整至280±28N·m，问题得到解决。

4预防措施

通过标准砝码螺栓松动防治工作，已确定标准砝码设计、装配和质量方面的常见问题，可制定如下解决方案。结语螺栓放松措施，可从工艺保证方面，提高操作人员的质量意识，加强检查力度，严格执行设计标准要求的拧紧力矩。也可从设计方面，加强强度校验，保证螺栓提供的预紧力大于承载载荷。但归根结底，应从标准入手。只有制定合适的标准，才能从源头上控制标准砝码的装配问题，防止出现螺栓松动。

以上是如何从源头控制整车标准砝码装配问题的详细介绍，望采纳！