TECHNICS ·APPLICATION技术·应用
文 吕成成 肖 俊
［摘 要］ 随着电动程序控制拧紧设备在汽车行业的普及，具有更高螺栓强度利用率和更低预紧轴力散差的扭矩—转角法，在关键连接点得到越来越多的应用。在此探讨卡钳连接螺栓扭矩转角法安装参数的正向开发过程。
［关键词］ 螺旋扭矩；转角法
汽车制动卡钳与转向节连接点作为关键安全点，极为重
要。螺纹紧固件通常采用的扭矩法安装存在预紧轴力散差大，
螺栓强度利用率低的缺点，难以充分满足此连接点的高预紧
力、高可靠性要求。文中分析试验数据，并探讨卡钳螺栓扭
矩转角法安装参数的正向开发过程及优点。
一、扭矩—转角法安装的优点
（一）扭矩控制法
对于扭矩法安装，其轴向预紧力与拧紧扭矩满足以下关
系式：T=F（0.61×P+0.58×d2×μG+ ×μK）
当安装扭矩一定时，预紧力散差由连接副的摩擦系数的
散差所决定，再叠加扭矩的散差时，预紧力的散差变得更大。
（二）扭矩—转角法
扭矩—转角控制法也称角度控制法，是先对连接副施加
一个贴紧扭矩，然后转过一个角度来拧紧的过程。
角度控制拧紧的过程中，在弹性范围时，轴向预紧力的散差只与角度偏差相关，去除了不稳定摩擦系数的影响；当拧紧终点超过屈服点时，位于塑性区时，轴向预紧力受角度的影响变得更小，在相同角度偏差时，轴向预紧力偏差更小。
二、实验过程
（一）实验设备及材料
分析仪、传感器、电动工具、部件5套及螺栓10颗。
（二）实验过程
将卡钳、转向节和卡钳螺栓按实际装配状态进行固定，扭矩—转角传感器装在电动拧紧工具头与螺栓套筒之间。连接好采集设备和传感器的连线，并设置好设备的数据采集参数。
汽车螺丝对拧紧工具控制设置一步扭矩拧紧程序，终拧扭矩300Nm（大于预测的螺栓断裂扭矩），转速为30rpm。
启动拧紧工具，拧至螺栓断裂，并同时采集拧紧过程中的扭矩和转角。每个连接点只拧一次。重复上述操作完成5套卡钳与转向节连接测试。
三、数据分析
根据拧紧的曲线分析此连接为典型的刚性连接。螺栓拧至贴合后扭矩迅速呈线性上升；过屈服点后，扭矩缓慢上升，直至扭矩最大点；然后扭矩逐渐下降，直至断裂。
通过MC950软件进行数据分析，得到的贴合扭矩和屈服扭矩数据如表：
根据主流合资企业的扭矩—转角参数确定方法，确定初始扭矩＞1.5×4.05≈6Nm，且初始扭矩＜175.96×50%≈88Nm 从数据中导出了从屈服点到断裂点的角度值，得出终拧点过屈服的角度目标为：983.1度×3%=29.5度，角度最大值983.1度×5%=49度。
从屈服点到断裂点的角度值
再从数据中导出了10Nm-90Nm不同扭矩点到屈服点的角度值可知，90Nm到屈服点角度最小为44度，加上过屈服目标角度29.5度，大于60度。则转角初步确定为90度。
根据90度的转角和过屈服目标转角29.5度，反推可得初始扭矩为50Nm。则确定的扭矩转角安装参数为50Nm+90度。即使初始扭矩有±10Nm的偏差时，过屈服角度为24.53度-33.87度，均符合上述原则；且角度偏差也有20度的容许范围，高精度程序控制电动拧紧设备完全可以达到上述控制精度。
通过卡钳与转向节连接螺栓的连接副实验及分析过程说明了扭矩—转角法安装参数的正向开发过程：
先通过实际连接副实验，得到完整的从未贴合到破坏断裂的扭矩—角度曲线；再根据基本原则，确定初始扭矩的范围和过屈服的角度值，再确定转角的度数，最后反推得到初始扭矩值。最后，得到了卡钳连接点的扭矩—转角法安装参数为50Nm+90度。
［作者单位］
安徽江淮汽车集团股份有限公司
（编辑：赵文静）序号 贴合扭矩Nm屈服扭矩Nm
1 3.274173.73
2 3.849180.7
37.088177.6
4 2.595171.09
5 4.336181.5
6 2.351169.01
7 4.598 174.8
8 4.911179.39
9 3.535175.84
均值 4.059175.96
特征扭矩结果
D km
2
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