汽车安全气囊螺纹拧紧机构的分析

谢学浩

【摘 要】安全气囊是一种在汽车事故碰撞中自动充气膨胀，在二次冲撞中保护乘员、减轻伤害的安全保护装置。在发生碰撞事故时，安全气囊能否正常地工作，直接影响着乘员保护情况的关键。因此这就要求其在装配过程中螺纹连接组以等高度、等扭矩、高技术来进行。人工手动装配其工作过程单一、枯燥、劳动强度大且容易出错，精度也不高，難以满足安全性保护装置的装配要求。为改善这些问题设计了高效率、智能化的安全气囊螺母拧紧设备的拧紧机构。自动拧紧设备能够高效、高精度、自动化完成螺母的拧紧。

【Abstract】The safety airbag is a safety protection device which is used for automatically inflating and inflating in the collision of an automobile accident and protecting passengers and reducing damage in the two collision. In the event of collision，whether the airbag can work properly， directly affects the protection situation of the crew. Therefore， it requires that the screw connection group with the characters of same height， torque， high technology in the process of its assembly. Manual assembly process is simple， boring， high labor intensity and error prone， and its accuracy is not high， it is difficult to meet the requirements of safety protection device assembly. In order to solve these problems， the high efficiency and intelligent tightening mechanism of the airbag nuts tightening device is designed. The automatic tightening device can be used for high efficiency， high precision and automation.

【关键词】安全气囊；螺纹连接；智能化；拧紧

【Keywords】safety airbag； threaded connection； intelligentize； tightent

【中图分类号】TH165 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）04-0162-02

1 螺纹连接

1.1 螺纹连接的特点

汽车安全气囊气体发生器和气囊封装盒是通过螺纹连接装配而成的。螺纹连接是利用螺纹零件，将两个以上零件刚性连接起来构成的一种可拆连接，具有结构简单、拆装方便、连接可靠且精度高的特点。螺纹连接的基本类型分为：螺栓连接、双头螺柱连接、螺钉连接、螺钉连接、紧定螺钉连接。汽车安全气囊气体发生器上选用的是普通螺纹连接。这种连接结构简单，装拆方便，使用时不受被连接件材料的限制。由于螺纹实际上是一个斜面，通过作用在螺纹上的正压力产生摩擦力，螺纹连接预紧的目的就是增大正压力来增强连接的可靠性。在拧紧前，先施加一定的拧紧力，当螺纹开始拧紧时螺栓受到的扭矩很小，随着拧紧的进行，扭矩也逐渐增大，这时连接件正处于弹性变形阶段，应力和应变成正比变化；当应力到达螺纹件的屈服点时，弹性变形阶段结束，扭矩如果增大，会导致螺纹件被折断等[1]。

1.2 螺纹拧紧扭矩—角度控制法

扭矩—角度控制法是通过轴向力和螺栓伸长量的关系来进行控制的。在拧紧的初始阶段，将螺栓拧紧到贴紧扭矩值且转过一定的角度。根据经验贴合扭矩值可取拧紧力值的0.25左右。然后随着扭矩的不断增大，螺纹件处于弹性变形的阶段，螺栓变形的伸长量和预紧力成正比。当螺纹件的应力将要达到材料的屈服极限时，只要保持扭矩值的变化范围，则预紧力也就能基本稳定在屈服极限的附近且不超过材料的屈服极限。这就是扭矩—角度控制法[2]。

通过用摩擦系数不同的两个螺栓且都用扭矩—角度的控制方法来进行拧紧比较，如图1所示，可以得出摩擦系数不同的螺栓拧紧后的力矩值相差很大；然而螺纹件的其他条件都相同，因此其预紧力变化不大且能达到螺栓屈服极限的805。和扭矩控制法相比较，扭矩—转角控制法弥补了扭矩控制法无法检测出连接件的任何问题，它不仅能鉴别出螺栓的异常状态，能高精度地对拧紧进行控制；材料的利用率也提高了。但是扭矩—角度控制的张力散布仍然很大[3]。

和扭矩控制法相比较，扭矩—角度控制法弥补了扭矩控制法无法检测出连接件的任何问题，它不仅能鉴别出螺栓的异常状态，能高精度地对拧紧进行控制；对材料的利用率也提高了。但是扭矩—角度控制的张力散布仍然很大。扭矩—角度控制法适用于安全密切相关的部件或发动机内的可靠性部件，例如，连杆、飞轮、发动机汽缸盖、刹车盘卡钳、转向器部件等。

2 拧紧机构设计

2.1 整体结构布局

根据实际功能要求的主要技术参数以及工作场合，该自动拧紧设备采用固定立式单轴。螺母自动拧紧设备主要由拧紧机构、夹紧机构、支架和安全光栅组成。其结构示意如图2所示：

2.2 拧紧机构的工作过程

根据汽车安全气囊上螺母拧紧所需的装配要求，此机构采用了交流闭环伺服技术，扭矩—角度的拧紧控制策略。当安全气囊夹紧后，且进入待拧紧状态，伺服扳手通过交流伺服电机的驱动，首先到达第一个螺栓的位置并进行位置确认，如果位置不正确，返回后重新找正，如果位置正确，则伺服扳手沿Z轴下降，且以较慢的速度寻找螺母，并套在螺母上直到套筒无法下降，这时再以较快的转速根据实际工况进行拧紧。同时，在拧紧的过程中，随着拧紧的进行扭矩传感器对其扭矩值和转角进行实时检测和反馈，当扭矩值到达所设定的值，伺服扳手停止拧紧并且沿Z轴抬起上升，然后进行下一个螺栓的拧紧且遵循螺栓的先后次序进行直到将四个螺母完全拧紧，伺服扳手返回原位。若是螺纹连接经检测出拧紧不合格，则拧松再重新拧紧。[4，5]

【参考文献】

【1】王丽. 汽车装配中螺栓连接过程一致性的研究及应用[D].长春：吉林大学， 2011.

【2】黄恭伟.螺纹拧紧技术研究及拧紧机控制系统设计[D].合肥：合肥工业大学， 2007.

【3】卫道柱.螺纹自动拧紧机的研制[D].合肥：合肥工业大学， 2004.

【4】王志礼.基于动态检测的螺纹拧紧设备的研制[D].合肥：合肥工业大学，2007.

【5】张建中.自动拧螺丝机的次品检测装置：中国专利，CN201632829U[P].2010-11-17.