汽車裝配過程緊固工具和設備的探究

李琨　董瑋　宋偉佳　魯鵬　劉吉

摘 要：本文對汽車裝配過程中常用的緊固工具和緊固設備進行了探究，主要涉及扭矩扳手、沖擊扳手和自動擰緊機等。本文介紹了扭矩扳手、沖擊扳手和自動擰緊機的基本原理和使用方法，分析了它們在不同裝配場景下的適用性和優缺點。通過深入探討這些工具和設備的工作原理、特點和優缺點，本文旨在為汽車制造業提供有益的參考和指導。最后總結了汽車裝配過程中緊固工具和設備的發展趨勢和未來研究方向，提出了加強技術創新和研發的必要性，為汽車制造業提供有益的參考和指導。

關鍵詞：汽車裝配 緊固工具 緊固設備

1 引言

在汽車裝配過程中，緊固工具和設備的應用是不可或缺的一環。隨著汽車制造業的不斷發展，對于緊固工具和設備的需求也在不斷增長。為了確保汽車的質量和安全性，對于緊固工具和設備的要求也越來越高，這些工具和設備在裝配過程中起著至關重要的作用，它們能夠快速、準確地完成緊固工作，提高生產效率，降低成本，確保產品質量。汽車裝配過程中緊固工具和設備的探究具有重要的意義。通過深入了解其工作原理、特點以及優缺點，我們可以更好地應對市場需求和技術變革，推動汽車制造業的發展。

2 擰緊工具和設備

汽車裝配過程中，緊固工具和設備主要涉及扭矩扳手、沖擊扳手和自動擰緊機等。這些工具和設備在裝配過程中起著至關重要的作用，它們能夠快速、準確地完成緊固工作，提高生產效率，降低成本，確保產品質量[1]。

2.1 扭矩扳手

扭矩扳手是最常用的緊固汽車緊固件的工具，如圖1所示。這些工具允許用戶對緊固件施加特定的扭矩，確保其按照制造的規格要求進行緊固[2-3]。扭矩扳手有三種主要類型：機械式、液壓式和電子式。

（1）機械式扭矩扳手是最常見的類型，其工作原理是利用彈簧或砝碼等彈力裝置來設定所需的力矩值。當施加的力量達到設定值時，定值力矩扳手會發出咔嚓聲或提供其他形式的反饋，告知用戶已經達到所需的力矩值。機械式定值力矩扳手具有結構簡單、價格低廉、易于攜帶等優點，但精度和穩定性相對較低。

（2）液壓式扭矩扳手利用液壓原理來傳遞力量，具有較高的精度和穩定性。液壓式定值力矩扳手通常由液壓泵、油缸和操作手柄等部分組成。通過調節液壓泵的壓力和流量，可以精確控制施加的力矩值。液壓式扭矩扳手適用于高強度、高精度的螺栓連接，如橋梁、建筑等大型結構的裝配。但液壓式定值力矩扳手結構復雜、價格較高，且需要專業的維護和保養。

（3）電子式扭矩扳手是一種現代化的工具，它采用電子傳感器和微處理器技術來測量和控制系統。電子式扭矩扳手具有高精度、高可靠性、智能化等特點，能夠實時顯示施加的力矩值，并自動校準和補償各種外部因素對測量結果的影響。電子式扭矩扳手適用于精密裝配和高強度螺栓連接等重要場合，能夠大大提高工作效率和擰緊質量。但電子式扭矩扳手價格較高，需要專業培訓才能熟練使用。

2.1.1 扭矩扳手優點

扭矩扳手提供準確和一致的緊固力矩，確保其按照正確的規格要求進行緊固。它們易于使用，有各種尺寸和樣式可適用于不同的應用。數字扭矩扳手提供了精確和即時的扭矩測量的額外好處。

2.1.2 扭矩扳手缺點

扭矩扳手相較于普通扳手成本較高，并需要定期進行校準和保養，以確保其準確性和可靠性。不同規格的螺栓和螺母可能需要不同規格的扭矩扳手，具有一定的局限性。

2.2 沖擊扳手

沖擊扳手是另一種常用于緊固汽車緊固件的工具，如圖2所示。它們使用旋轉力和沖擊力相結合來快速緊固或拆卸緊固件[4]，沖擊扳手主要有電動與氣動扳手兩類。

（1）電動沖擊扳手以電力為動力，通過電機驅動，能夠快速、高效地完成螺栓和螺母的緊固或拆卸工作。相比傳統的手動扳手，電動沖擊扳手大大提高了工作效率，減少了工作強度，特別適合于大規模、高效率的裝配工作。

電動沖擊扳手通常具有較高的旋轉和沖擊精度，能夠滿足各種高精度螺栓和螺母的緊固需求。由于其精確的控制系統，電動沖擊扳手可以精確地控制旋轉角度、扭矩和沖擊力，避免了手動操作時可能出現的誤差和損壞。

許多電動沖擊扳手具有可調扭矩功能，允許用戶根據不同的螺栓和螺母規格調整所需的扭矩，以防止過度擰緊或擰不足的問題。這一特點使得電動沖擊扳手能夠適應不同的緊固需求，提高了工作的靈活性和可靠性。

現代電動沖擊扳手通常具備智能化控制系統，能夠實時監測工作狀態、顯示工作數據、記錄工作歷史等。這些功能有助于提高工作效率、保證工作質量，并為后續的維護和保養提供數據支持。

（2）氣動沖擊扳手需要壓縮空氣作為動力源，適用于具有氣源的工業環境和工作場所。相比電動沖擊扳手，氣動沖擊扳手不需要電源或電池，結構相對簡單，故障率較低，適合在各種惡劣環境下使用。由于其機械結構相對簡單，氣動沖擊扳手的維護和保養也相對簡單方便。

氣動沖擊扳手通常具有較大的手柄和易于操作的開關，使得操作更加簡單方便。在使用過程中，用戶可以通過簡單的操作來控制旋轉角度、扭矩和沖擊力，提高了工作效率和操作的便捷性。

氣動沖擊扳手的馬達和氣缸等部件通常采用金屬材料制成，具有較好的耐久性和耐磨性。在連續使用或高強度使用的情況下，氣動沖擊扳手能夠保持較長的使用壽命。價格通常比電動沖擊扳手低，特別是對于一些小型或中型的工況，氣動沖擊扳手的性價比更高。

2.2.1 沖擊扳手優點

沖擊扳手快速而強大，可以快速緊固或拆卸頑固的緊固件。它們可在狹窄的區域中使用，無需使用長臂扳手。沖擊扳手具有較高的效率，可以在更短的時間內完成更多的工作。

2.2.2 沖擊扳手缺點

沖擊扳手可能會造成過度緊固的問題，這可能導致緊固件的損壞或斷裂。它們可能產生很大的噪音和振動，需要使用防護設備來保護使用者。沖擊扳手的使用需要一定的技能和經驗，否則可能會產生安全隱患。

2.3 自動擰緊機

自動擰緊機在汽車行業中的使用越來越普遍，如圖3所示。這些機器旨在提供一種快速高效的方法來擰緊螺栓和螺母，同時確保準確性和一致性。自動擰緊機通常包括以下組成部分：擰緊工具：這是用于擰緊螺栓或螺母的工具。它可以是氣動扳手、電動扳手、液壓扳手或適用于該應用的任何其他類型的扳手?？刂茊卧哼@是機器的大腦，控制擰緊工具的操作。它可以是可編程邏輯控制器（PLC）、計算機或任何其他類型的電子控制器。傳感器：這是在擰緊過程中測量扭矩和旋轉角度的裝置。它可以是扭矩傳感器、角度傳感器或兩者的組合。電源：這是機器的電力、液壓或氣動來源[5-6]。

2.3.1 自動擰緊機的工作原理

自動擰緊機通過將螺栓或螺母擰緊到指定的扭矩和旋轉角度來工作。操作員將所需的扭矩和角度值輸入控制單元，然后機器就會處理剩下的部分。機器使用傳感器在擰緊過程中測量扭矩和旋轉角度，并相應地調整擰緊工具以確保達到指定值[7-8]。

自動擰緊機的一個關鍵優點是它能夠提供一致和準確的結果。這是因為機器不受操作員疲勞等因素的影響，這些因素可能導致扭矩值不一致。此外，機器可以編程將螺栓和螺母擰緊到特定的扭矩和旋轉角度值，這可以降低過度或不足擰緊的風險。

2.3.2 自動擰緊機優點

（1）提高效率：自動擰緊機可以比手動方法更快地執行擰緊過程，采用高精度的控制系統和傳感器，能夠精確地控制擰緊力和旋轉角度，確保螺栓和螺母的緊固質量。同時，自動擰緊機通常配備多工位同時工作的特點，可以在短時間內完成大量螺栓和螺母的緊固工作，提高了工作效率。

（2）自動擰緊機通常配備可編程控制器或工業計算機，用戶可以根據不同的螺栓和螺母規格、不同的緊固需求，編寫個性化的工作程序。同時，自動擰緊機還具備高度定制化的特點，可以根據用戶的特殊需求進行定制，滿足不同行業和企業的生產需求。。

（3）自動擰緊機可以減少需要的操作員數量，并降低相關培訓和人工成本。

（4）使用自動擰緊機可以減少人為因素對擰緊質量的影響，不受操作員疲勞或其他可能影響結果一致性的因素的影響，可以提供準確和一致的擰緊結果，提高擰緊質量和產品質量。

（5）自動擰緊機通常配備數據追溯和監控功能，能夠對每個螺栓和螺母的緊固過程進行實時監測和記錄。這些數據可以用于質量追溯、工藝優化等方面，幫助企業提高生產管理水平和產品質量控制能力。

2.3.3 自動擰緊機缺點

雖然自動擰緊機在汽車行業中具有很多優點，但也存在一些缺點。這些包括：

（1）初始成本高：購買自動擰緊機需要較高的初始投資成本。

（2）維護成本高：維護自動擰緊機需要專業知識和技能，并需要定期維護和保養。

（3）可能存在故障：自動擰緊機可能存在故障，可能需要額外的時間和費用進行修理。

3 緊固工具的未來發展趨勢

隨著汽車技術的不斷發展，緊固方法也在不斷改進和創新。未來，我們可能會看到更多的自動化和數字化工具用于汽車緊固件的緊固，例如使用機器人和傳感器進行扭矩和角度緊固。另外，還可能會開發出更高效的緊固方法，以滿足快速生產和裝配的需求。

隨著汽車工業的不斷發展，自動擰緊機也在不斷改進和發展。未來，預計自動擰緊機將實現更高的智能化和自動化水平。例如，自動擰緊機可能會配備更高級的傳感器，以提高擰緊的準確性和一致性。自動擰緊機在汽車行業中發揮著越來越重要的作用。它們可以提高生產效率、保證擰緊質量和產品質量，并降低人工成本。隨著技術的不斷進步和發展，預計自動擰緊機將實現更高的智能化和自動化水平，成為汽車工業不可或缺的一部分。然而，無論未來的發展趨勢如何，準確、穩定和可靠的緊固仍將是汽車制造的重要環節，需要引起重視。

4 結論與未來研究方向

有效緊固汽車組件是一個必要的過程，應正確執行，以確保汽車的安全和壽命。本研究表明，實現正確扭矩的方法和設備各不相同，了解影響緊固的因素可以做出明智的決定。本文還強調了使用正確的工具和設備以實現正確扭矩的重要性。最后，本文提出了建議，包括確保操作人員接受培訓以正確使用工具和設備，遵守制造商的規范以及定期檢查緊固件以確保其保持正確的扭矩。未來的研究可以探討更多類型的扭矩扳手和其他用于緊固的工具，并比較它們的效率和精度。此外，可以探討使用機器人緊固技術的可能性，以提高生產效率和減少人工錯誤的風險。最后，可以研究更加先進的技術，以改進汽車緊固件的緊固方法。

參考文獻：

[1]徐海東.汽車螺紋緊固件連接質量及擰緊工藝的分析應用[D].合肥工業大學，2020.

[2]高潤東，李向民，陳玲珠等.數顯扭矩扳手用于螺栓群松動檢測的試驗研究[J].施工技術（中英文），2023，52（03）：1-3.

[3]于航.智能扳手的設計與研究[D].江蘇科技大學，2021.

[4]馬亮.定扭矩電動沖擊扳手控制系統研究[D].安徽大學，2021.

[5]沈陽，欒會玲.基于螺栓自動擰緊機的純電動車電動機裝配工藝研究[J].汽車工藝與材料，2021（07）：66-70.

[6]徐健，李強，侯美蓉.AMT自動擰緊機在發動機裝配線中的應用[J].工程建設與設計，2018（18）：143-144.

[7]李國鈞.自動擰緊機原理分析及改進[J].汽車實用技術，2010（03）：94-96.

[8]吳拓.汽車總裝車間六-五軸混合自動變位螺母擰緊機方案設計及應用[J].汽車實用技術，2017（11）：56-57+60.