自动变速器油泵螺钉拧紧力矩的分析与应用*

2021-12-03李家驹

机械研究与应用 2021年5期

吴松,李家驹，杨建

(重庆红宇精密工业集团有限公司，重庆 402760)

0 引言

随着汽车工业的飞速发展，对自动变速器的需求也与日俱增，油泵作为自动变速箱中重要的一员，对变速箱的性能产生至关重要的影响。其中油泵螺钉的拧紧力矩对油泵性能有重要影响。力矩过大，会造成零部件变形，螺纹损坏甚至螺钉断裂；力矩过小，会造成螺纹连接不可靠，使得油泵在工作过程中发生泄漏甚至解体；无论力矩过大或过小，都会造成油泵性能的下降，严重时甚至失效。因此，笔者通过对油泵螺钉拧紧力矩的研究，确定拧紧力矩、拧紧方法及检测方法，最终为油泵在批量生产中螺钉的应用提供重要依据。

1 螺纹连接拧紧力矩的计算

1.1 螺纹连接拧紧力矩的组成

=KFd

(1)

式中：d2为螺纹基本中径；d为螺纹公称直径；ψ为螺纹升角；ρv为螺纹当量摩擦角；fc为螺钉头支承面与被连接件之间的摩擦系数；d0为螺钉孔口直径；D0为螺钉头支承面外径；K为拧紧力矩系数，一般计算取K=0.2,也可根据实际应用场景选取适当的K值[2]，见表1所列。

表1 拧紧力矩系数K

螺钉的公称直径d已知，如果能确定预紧力F，则可以按公式(1)计算螺钉的拧紧力矩。

1.2 预紧力的确定

在确定螺钉的预紧力时，一般是将螺钉拧紧到该部件所能承受的最大强度。但在实际应用中，通常使螺钉拧紧后的预紧力达到[3]：

σ0=(0.5-0.7)σs

(2)

式中：σs为螺钉材料的屈服强度。

按上述方法确定螺钉连接的预紧力后，即可根据公式(1)计算出螺钉连接所需要的拧紧力矩。

1.3 螺纹连接力矩计算实例

以重庆红宇JL6HTYB为例，如图1所示，该总成所用螺钉的材料为35CrMoA，查阅相关资料，得到35CrMoA的屈服强度σs为835 MPa。M6粗牙普通螺纹的小径D1=4.92 mm，取σ0=0.6，σs=501 MPa，则预紧力F=π(d1/2)2σ0=9 520 N，再根据公式(1)可计算出拧紧力矩T=11.424 N·m，再分别取σ0为0.5σs和0.7σs时，可计算出拧紧力矩为9.5 N·m和13.328 N·m，即该型油泵总成使用螺钉连接拧紧时力矩应在9.5～13.328 N·m之间，最终确定油泵装配时螺钉的拧紧力矩为11±1 N·m。

再以另一产品BYD6DT35YB为例，如图2所示，其螺钉材料为30CrMo，屈服强度σs为785 MPa，根据以上公式，同样可算出螺钉的力矩范围为8.95～12.53 N·m，最终确定油泵装配时螺钉的拧紧力矩为10±1 N·m。

图1 重庆红宇JL6HTYB油泵图2 重庆红宇BYD6DT35YB油泵

1.4 实例分析

根据公式(1)可知，在其他参数都一定的情况下，螺钉预紧力F与螺钉孔口直径d0以及螺钉头支承面外径D0有关。以JL6HTYB为例，如图3所示。

图3 JL6HTYB油泵反作用支撑螺钉孔孔口倒角C1与C0.25

2 螺钉拧紧方法

在汽车自动变速器的行业中，螺钉拧紧最常使用的方法主要有以下两种。

2.1 扭矩法

此方法需先按照前文所述方法计算出螺钉的拧紧力矩，再使用专用工具或设备进行拧紧，拧紧时以力矩作为最终目标，如图4所示。

图4 日本DDK拧紧枪拧紧程序(扭矩法)

通常情况下，对于螺钉数量不多的产品，可使用机械式扭力扳手按照一定的顺序(通常是对角)直接拧紧即可，如图5、6所示。

图5 DTF360YB油泵的4颗螺钉1-4：拧紧时按照1-2-3-4拧紧图6 机械式扭力扳手

对于螺钉数量较多的零件，通常使用专业的螺钉拧紧枪进行拧紧，拧紧时先以终拧紧力矩的一半进行预拧紧(如，终拧紧力矩为10 N·m，则预拧紧力矩为5 N·m)，拧紧时也需按一定顺序拧紧，通常是先内后外对角拧紧，如图7所示。同时，也可根据节拍需求，配置2把甚至更多数量的拧紧枪，如图8所示。当前拧紧枪的种类较多，但功能都大同小异，其中较为优秀的品牌有德国BOSCH、瑞典ATLAS、日本DDK等。