第二章 总装工具、工装、设备及辅料

第一节 工具介绍

一、气动工具

1.气动枪式液压脉冲扳手

气动枪式液压脉冲扳手最初是由日本瓜生公司开发研制的，瑞典Atlas-Copco公司在此基础上对主要核心部件进行了重新开发，使精度更高，外形更好。该类型工具具有转速高、重量轻、操作舒适、反作用力小等优点，广泛用于汽车装配中预拧紧时的快速拧紧，例如：轮胎与轮毂装配时的预拧紧、动力总成与车身装配时的预拧紧等。气动枪式液压脉冲扳手主要由液压缸、断气杆、气动马达、驱动方头等主要部件组成，其主要结构如图2-1所示。

当接上气源后→扣动进气开关→压缩空气沿进气通道进入气动马达并使气动马达高速旋转→马达输出轴直接带动液压缸和驱动方头→作用于工件→当到达设定力矩后→液压缸开始动作→使断气阀封闭马达进气口→实现定扭断气。

该类工具与气动弯角定扭扳手相比，中间省去了机械式离合器、行星齿轮组等重要部件，其工具自身的力矩设定和调整均依靠工具内部的液压缸，并且该液压缸还担负到达力矩后实现工具的自动断气的功用，但该类工具力矩设定和调整以及到达力矩后自动断气的重要部件是液压缸，由于液压缸内的液压油主要成分为蓖麻油，其性能在经过长时间的使用后将发生变化，影响整个工具自身的精度，所以该类工具一般用在装配预拧紧的作业，工具自身的精度为±20%左右，在整车装配生产中一般很少采用该类工具。

2.气动枪式螺钉旋具

气动枪式螺钉旋具按离合器断气形式可分为气动枪式定扭螺钉旋具和气动枪式打滑螺钉旋具（见图2-2）。前者的精度在标准作业状况下能够达到±7%，一般用于硬连接的装配工况，后者的精度在标准作业状况下能够达到±15%左右，一般用于软连接或中性连接的装配工况。目前总装整车装配主要采用的是瑞典Atlas-Copco公司生产的LUM系列，该系列工具与同类其他品牌工具相比具有噪声小、重量轻、手感好、精度相对较高以及运转平稳等优点，广泛地用于汽车内饰件装配。该类工具的内部主要部件同气动弯角定扭扳手一致，不同之处只是外形，其使用注意事项及维护保养要求与气动弯角定扭扳手一样。

图2-1气动枪式液压脉冲扳手的主要结构

1—液压缸 2—断气杆 3—气动马达 4—进气通道 5—消声器 6—排气通道 7—排气开关 8—驱动方头

图2-2气动枪式螺钉旋具

a）气动枪式定扭螺钉旋具 b）气动枪式打滑螺钉旋具

3.气动弯角定扭扳手

（1）气动弯角定扭扳手的结构型式 气动弯角定扭扳手按前端弯角结构型式可以分为90°弯角式、鸭嘴扁头式、开口棘轮式、内嵌套筒式及专用固定驱动（Hold and Drive）式等多种结构型式。上述这些气动工具主要是为了满足各种不同的特殊装配型式，它们都是在90°弯角式的基础上进行演变而来的，即主要由工具主体部分和工具头部两部分组成。

气动弯角定扭扳手是目前轿车生产装配中最为常用的一种扳手，广泛用于整车相对关键重要的零部件工位的拧紧，如转向柱托架装配、安全带装配、动力总成分装装配、后轴分装装配等，其主要结构如图2-3所示。

图2-3气动弯角定扭扳手

1—转角齿轮 2—齿轮组 3—离合器 4—气动马达 5—断气阀 6—消声器 7—压杆

（2）气动弯角定扭扳手 各类零部件的主要作用。

1）气动马达：主要实现将压缩空气的动能转变为旋转运动的机械能对外进行输出。

2）离合器：既是担负整个工具到达力矩之后自动实现断气的离合器，也是担负整个工具力矩调整和力矩设置的重要装置。

3）齿轮组：严格地说应该是行星齿轮组，它的主要作用是将气动马达输出的小转矩的高速旋转运动转变为大转矩的低速旋转运动，起到降速增扭的作用。

（3）该类工具的工作基本原理 操作人员压下工具压杆→压缩空气通过气路进入工具内部→压缩空气吹动气动马达高速旋转→气动马达的输出轴将力矩传输给机械式离合器→离合器在正常情况下将力矩传输给行星齿轮组，行星齿轮组将减速增扭后的旋转运动传递给转角齿轮组→转角齿轮组转动90°，其驱动方头上安装的套筒将螺栓（螺母）拧紧。该类工具在标准作业状况下的精度能够达到±7%。

4.气动扳手的特点

1）速度快，反作用力小。

2）能够达到很高的转矩。

3）体积小，重量轻。

4）刚度低或软连接时性能降低。

5）噪声大，振动剧烈。

5.气动扳手的连接和使用方法

（1）气动扳手的连接 气动扳手正确的连接如图2-4所示。

图2-4 气动扳手正确的连接

（2）气动扳手的使用方法

1）作为一般原则，如果对于一个紧固件使用冲击扳手时间要长于5s，应该选用较大的气动扳手，否则扳手的使用寿命将会缩短。

2）使用气动扳手时，应注意螺栓的拧紧转矩必须在气动扳手的转矩范围内。如果前者过低，则很难达到要求，气动扳手易损坏；如果前者过高，螺栓易被打断。用气动扳手紧固螺母，当扳手出现“哒哒”声时就应当停止，否则扳手会损坏。

3）每天使用完毕后应关断气源。

4）用气动扳手拧紧螺栓、螺母连接件时，用与螺栓对应的呆扳手拧住螺栓，然后用气动扳手套筒拧紧螺母。若不用呆扳手拧住螺栓，在拧紧时螺栓、螺母连接会打滑，严重时会损坏螺栓、螺母和装配件。

5）使用时应将气动扳手对正螺母，套筒应包含螺母长度2/3以上，如图2-5所示。

6）气压低于0.45MPa以下时，尽量不要使用气动工具，等气路故障排除、气压恢复正常后再使用。

图2-5 气动扳手的使用要求

7）装配空间过小，气动工具不能直接使用时，应加接长杆或万向接头，不得强行拧紧。

8）使用气动工具时首先要确认套筒确实已经包含螺母（或螺栓）后再开始拧紧，不允许先开动气枪后再对正螺母（或螺栓）。

二、电动工具

1.便携式蓄电池螺钉旋具

便携式蓄电池螺钉旋具的动力来源主要是工具自身所带的蓄电池，一般为9.6V。蓄电池螺钉旋具的基本结构与气动枪式定扭螺钉旋具的基本结构大致相同，其不同之处在于电动机的不同，蓄电池螺钉旋具的电动机为直流无刷电动机，相对而言该类电动机的动力输出比气动马达的动力输出要平稳，受蓄电池电量多少的影响很小，加之该类工具使用时不需任何动力管线，故一般多用于小力矩且不能使用或无条件使用气动螺钉旋具的内饰件装配的场合。便携式蓄电池螺钉旋具如图2-6所示。

2.电动拧紧机

（1）该类工具的组成 在现代化高品质的机械装配行业领域内，为更有力地保障机械装配过程中的拧紧质量要求，确保产品质量得到有效监控和追溯，在越来越多的机械装配领域开始广泛使用电动拧紧机和电动拧紧控制系统。该类工具完全不同于传统的气动拧紧工具，它有效地应用了微电子技术、传感技术、计算机技术等高尖端技术，是一种机电一体化的产品。其主要组成部分如图2-7所示。

图2-6 便携式蓄电池螺钉旋具

图2-7 电动拧紧机

1—电动拧紧机 2—电控柜 3—电缆

（2）该类工具各部分的作用

1）电动拧紧机：它是整套工具的主体部分，其内部由无刷伺服电动机、应变片式转矩传感器、角度编码器、内置电路、转角齿轮等部分组成，主要实现按电控系统的相关电信号和输入的电力，将电能转化为机械能对外输出，实现拧紧螺栓或螺母的目的。

2）电缆：它是连接电动拧紧机和电控柜的重要部件，在这里它不仅向拧紧机输入电力，还向拧紧机输入/输出电信号。

3）电控柜：它主要由两大部分组成，即由控制单元和驱动单元两部分组成，它自身可以直接在操作面板上进行程序编辑，也可外接PC机进行拧紧程序的编辑，功能十分强大。

（3）该类工具的工作基本原理 操作人员根据装配工况的实际需求进行整套工具的拧紧程序编辑→操作人员按下工具电源按钮→工具在设定的程序下运作，并随时通过电缆向电控输入/输出力矩和角度的传感信号，以便整套拧紧系统的实时监控→到达规定的力矩后电动拧紧机自动切断电源，并对操作人员显示拧紧合格与否。

该类工具由于采用了应变片式转矩传感器和角度编码器对工具的整个拧紧过程进行了实时监控，并应用计算机技术进行拧紧过程控制，所以该类工具的拧紧控制精度相对较高，目前国际流行的电动拧紧机的转矩精度能控制在±2%以内，拧紧旋转角度精度能控制在±1°以内，因此其价格比普通的气动工具要昂贵得多，在一般的装配过程中很少进行广泛使用，所以其主要用于要求较高的机械装配拧紧过程，如发动机缸体与缸盖的连接等。

三、手动工具

1.双头呆扳手

呆扳手上的数值表示该端开口大小，如数值13表示呆扳手的开口大小为13mm。

1）注意呆扳手的正确使用方法，如图2-8所示。正常情况下作用在扳手上的力F的方向要与扳手作用于螺母那端的开口的方向朝向同一侧。

图2-8 呆扳手的正确使用方法

a）正常情况下使用 b）特殊情况下使用

2）扳手的手柄长度、工具类别是根据螺栓强度相应的扭紧力矩而选择的。螺钉到端部的大小、把手的尺寸大小也是根据拧紧力矩决定的。

①M6以下的螺栓：用食指、中指和大拇指拿着扳手，仅用手腕力旋转，如图2-9a所示。

②M6～M10为止的螺栓：握住扳手的头部，先从肘部发力旋转，如图2-9b所示。

③M12～M14为止的螺栓：紧紧握住扳手的手柄端部，用臂力旋转，如图2-9c所示。

④M20以上的螺栓：用力叉开双脚，用全身力量来拧紧。

图2-9 呆扳手拧紧用力方法

a）用手腕力 b）用肘力 c）用臂力

2.活扳手

活扳手的开口大小可在一定范围内由调节旋钮调节，在扳手手柄上刻有两个数，前一个表示扳手的总长，后一个则表示扳手开口张开所能达到的最大值。如图2-10所示，扳手手柄上的数字“300×36”表示扳手总长L=300mm，扳手开口张开所能达到的最大值l=36mm。

3.定转矩扳手

图2-10 活扳手

（1）结构 图2-11所示为目前在装配时使用的定转矩扳手中的一种，它由头部1和手柄2两部分组成，其头部可以更换。现举例说一下正确使用定转矩扳手的方法：假如要紧固一个要求转矩达到300N.m的螺母，先用气动扳手等将螺母拧至接近300N.m，不可超过，再通过旋钮4将定转矩扳手的转矩调到300N.m（刻度表3上可观察到数值），最后用定转矩扳手紧固螺母，当听到定转矩扳手发出“咔嗒咔嗒”声，即表示该螺母的转矩已达到规定值。

图2-11定转矩扳手的结构

1—头部 2—手柄 3—刻度表 4—旋钮

（2）使用方法 由于定转矩扳手使用较灵活（头部可更换，转矩可调节），故又将其作为测转矩扳手使用。使用定转矩扳手要特别注意：作用在扳手上的力F的方向要与开口的方向朝向同一侧，否则扳手会损坏，如图2-12所示。

图2-12 定转矩扳手的使用方法

a）正确 b）错误

4.扭力检测扳手

扭力检测扳手一般可分为表盘式和指针式两种。

（1）扭力检测 扳手的种类及特点

1）表盘式扭力检测扳手检测时，扭力大小显示在表盘上，传力杆上有指示转矩的表盘，传力杆变形推动使指针旋转。双指针扳手的主动针指示转矩瞬时值，被动针（一般为红色）指示最大值，如图2-13a所示。表盘式扭力检测扳手的转矩精度较高，用于重要紧固件的精确紧固、转矩检查或试验研究。

2）指针式扭力检测扳手传动杆上的变形量与施加在头部的转矩成正比，头部固定有长指针指向手柄端的刻度，该刻度表示相应的转矩值，如图2-13b所示。指针式扭力检测扳手的转矩精度一般，用于一般紧固件的转矩检查。

（2）扭力检测扳手的使用方法 松开法、标记法和紧固法。

1）松开法：测得螺纹副松开的瞬时值，朝螺纹连接松开的方向转动检测扳手，读取最大瞬时值。该方法误差大，松开转矩小于实际转矩（10%～20%）。

2）标记法：先作标记，松开后，再紧固至标记处的转矩值。该方法有可能改变摩擦因数和损坏防松紧固件。一般松开60°左右即可复紧。标记法如图2-14a所示。

3）紧固法：测得螺纹副紧固瞬时值。螺纹副连接拧紧后，检测扳手朝螺纹拧紧的方向转动，直至手部出现轻微振动的感觉，此时扳手的瞬时值定义为螺纹副连接的拧紧力矩。该方法对测试人员的技术水平和熟练程度要求较高，如图2-14b所示。

图2-13 扭力检测扳手的结构

a）表盘式扭力检测扳手 b）指针式扭力检测扳手

图2-14 扭力检测扳手的使用方法

a）标记法 b）紧固法

5.双头梅花扳手

双头梅花扳手手柄上的数值表示该端套圈内相对平行的两边的距离。如图2-15所示，A处的数值13表示l=13mm。该类扳手用于空间允许的手动快速扳紧，一般情况下不用于气动扳手装配时拧住螺母（或螺栓）。

6.套筒扳手

（1）可逆式棘轮扳手 用棘轮扳手紧固螺母比一般的扳手要快，因此俗称快扳、飞扳，如图2-16所示。与普通扳手相比，可逆式棘轮扳手的优点在于不像普通扳手，每拧至一定角度需将扳手从螺母上取下，以方便下一次拧紧；缺点是每次拧紧前要首先将套筒装在方头2上，而且当需要反向旋转时，要将调节旋钮1调至正确位置。可逆式棘轮扳手属于手动套筒扳手传动附件。

图2-15 双头梅花扳手

图2-16 可逆式棘轮扳手

1—旋钮 2—方头

（2）手动套筒扳手连接附件 如图2-17所示，包括接杆和万向节等，都是用于一般扳手无法操纵的有限空间内，主要功能是向套筒传递转矩。

图2-17手动套筒扳手连接附件

a）接杆 b）万向节

7.螺钉旋具

目前装配上使用较广泛的是一字槽螺钉旋具和十字槽螺钉旋具等。一字槽螺钉旋具用于图2-18a所示含有一字槽的零件；十字槽螺钉旋具用于图2-19a所示含有十字槽的零件。

8.套筒

套筒的作用是将来自套筒扳手的转矩传给螺栓或螺母，使用时将套筒装在套筒扳手的方头上，再将套筒头部（有六角和梅花两种）套入相应的螺栓或螺母。套筒扳手方头的旋转带动套筒，套筒的旋转又带动螺栓或螺母，从而达到紧固或松开的目的，如图2-20所示。

拧紧螺栓、螺母必须使用与之规格相对应的套筒，严禁用大套筒拧紧比其小的螺栓、螺母，否则会损坏螺母（螺栓）和套筒。

图2-18 一字槽零件和螺钉旋具

a）一字槽零件 b）一字槽螺钉旋具

图2-19 十字槽零件和螺钉旋具

a）十字槽零件 b）十字槽螺钉旋具

图2-20 套筒

a）外形图 b）结构图

螺母规格与套筒的对应关系见表2-1。

表2-1 螺母规格与套筒的对应关系

四、扭力扳手

扭力扳手按外形结构可分成手持式数显扭力扳手、手动表盘指针扭力扳手、手动定值扭力扳手、手动开口可调扭力扳手等多种类型，如图2-21所示。不论是何种类型的扭力扳手，其主要部件和结构原理是相同的。

手动扭力扳手主要由扭力主弹簧、扭力调整机构、锁止机构、驱动方头、外壳以及手柄等组成，其中扭力主弹簧是该类工具的核心零部件，可以通过改变扭力弹簧受压状态而改变所需力矩的大小，其自身精度为±3%，一般用在零部件装配完毕后，用于测量动力工具的拧紧状况，以及是否达到实际规定的工艺要求。

图2-21 扭力扳手的类型

a）手持式数显扭力扳手 b）手动表盘指针扭力扳手 c）手动定值扭力扳手 d）手动开口可调扭力扳手

总装车间常用的扭力扳手有3/8in（1in=25.4mm）和1/2in两种。每一种扭力扳手都有不同范围的检验转矩值。普通3/8in扭力扳手的检验值在100N.m以下，1/2in扭力扳手的检验值在300N.m以下。

定值扭力扳手一般用在总装装配工位，指针式和数显式扭力扳手用在检验工位，开口扭力扳手用来检验管路接头的拧紧力矩。

五、钳

总装常用的钳主要有鲤鱼钳、卡箍钳、尖嘴钳和卡簧钳，如图2-22所示。

1）鲤鱼钳在总装时主要用于较小型号的钢带、钢丝卡箍的固定，如发动机溢水管和真空软管卡箍等的固定。

2）尖嘴钳主要用于开口销的装配，如踏板销的固定。

3）卡箍钳是专门用来装配卡箍的，如水管卡箍的固定。

4）卡簧钳专门用于卡簧的装配。

图2-22钳的类型

a）鲤鱼钳 b）卡箍钳 c）尖嘴钳 d）卡簧钳

六、螺纹的连接与紧固理论

螺纹的连接与拧紧是装配作业的基本工作，用螺纹零件来保证连接强度（有时还要求紧密性）。

1.螺纹连接的基本知识

（1）螺纹牙型 同一公称直径按螺距大小分为粗牙和细牙。细牙螺纹的牙型与粗牙相似，但螺距小，升角小，自锁性较好，强度高，因牙细不耐磨，容易滑扣。

（2）螺纹线数 沿着一条螺旋线产生的螺纹称为单线螺纹，螺距与导距相等。两条或两条以上的等间隔的螺旋线产生的螺纹称为多线螺纹，常见的有双线螺纹、三线螺纹。

（3）螺纹代号 粗牙普通螺纹用字母“M”及公称直径表示，如M24表示公称直径为24mm的粗牙普通螺纹；细牙普通螺纹用字母“M”及“公称直径×螺距”表示，如M24×1.5表示公称直径为24mm，螺距为1.5mm的细牙普通螺纹；当螺纹为左旋时，在螺纹代号之后加字母“LH”，并用“-”分开，如M24×1.5-LH，表示公称直径为24mm，螺距为1.5mm，方向为左旋的细牙普通螺纹。

（4）常见连接螺纹的类型及应用 常见连接螺纹的类型有普通螺纹、55°非密封管螺纹、55°密封管螺纹和米制锥螺纹等。

1）普通螺纹。一般连接多用粗牙普通螺纹，细牙普通螺纹常用于细小零件、薄壁管件或受冲击、振动和变载荷的连接中，也可作为微调机构的调整螺纹用。

2）55°非密封管螺纹。适用于管接头、旋塞、阀门及其他附件。若要求连接后具有密封性，可压紧被连接件螺纹副外的密封面，也可在密封面间添加密封物。

3）55°密封管螺纹。适用于管子、管接头、旋塞、阀门和其他螺纹连接的附件，因其利用本身的变形就可以保证连接的紧密性，所以不需要任何填料。

4）米制锥螺纹。用于气体或液体管路系统依靠螺纹密封的连接螺纹。

（5）螺纹连接件的类型及精度

1）螺纹连接件的类型很多，常见的有螺栓、双头螺柱、螺钉、螺母和弹簧垫圈等。

2）螺纹连接件分为三个精度等级，其代号为A、B、C级。A级精度的公差小，精度较高，用于要求配合精确、防止振动等重要零件的连接；B级精度多用于受载较大且经常装拆、调整或承受变载荷的连接；C级精度多用于一般的螺纹连接。

2.螺纹连接的紧固理论

（1）螺栓螺母组合 通常螺栓螺母采用相同的材料，或螺栓使用强度较大一点的材料。另外，使用不同硬度的材料拧紧时，也有防止咬死的效果。

（2）拧紧方法 紧固螺纹时，应一端用工具固定，另一端用拧紧工具拧紧。

（3）螺纹连接的防松 防松的根本问题在于防止螺旋副相对转动。防松的方法按其工作原理可分为摩擦防松、机械防松、铆冲防松等。

摩擦防松包括对顶螺母、弹簧垫圈、自锁螺母等；机械防松包括开口销与六角开槽螺母、止动垫圈、串联钢丝等。一般来说，摩擦防松简单、方便，但没有机械防松可靠。对于重要的连接，特别是在机器内部的不易检查的连接，应采用机械防松。

3.紧固件装配规范及注意事项

（1）力矩判断 特殊紧固件的螺纹装配，应按工艺卡上的力矩要求自检。普通紧固件的螺纹装配，一般用感觉判断拧紧程度，判定方法如下：

1）有弹簧垫圈的部位，通过观察弹簧垫圈的开口是否完全压平来判断拧紧程度，垫圈开口压平表明已拧紧，无须再拧，以免影响拆换。

2）无弹簧垫圈或虽有弹簧垫圈但观察困难的部位，通过手感来判断拧紧程度，用被检件相适应的标准呆扳手，以拧紧的方式进行检验，若扳手不转动或转动不超过半圈者判断为紧固；若扳手转动超过半圈者判断为松动，尚须拧紧。

（2）交叉拧紧 同一零、部件或总成的螺栓、螺母紧固时，应按规定交叉均匀拧紧。如前后桥骑马螺栓、轮胎螺母等，应对角交叉均匀拧紧。

（3）弹簧垫圈、平垫圈的装配

1）工艺卡上无特别说明的，弹簧垫圈下面一般不加装平垫圈，也不允许同一处装两只或多只弹簧垫圈。

2）槽形螺母下不应装弹簧垫圈。

3）腰形孔处装配，一般应加平垫圈。

4）在拧紧螺栓、螺钉或螺母时，如果弹簧垫圈已变形或损坏，必须更换；如果拆换或返修时，弹簧垫圈已被压平或失效，也必须更换。

（4）其他几种紧固方式

1）方向性管接头拧紧。有方向要求的管接头应先拧紧，然后再拧至所需方向，绝不允许拧松退至所需方向。

2）槽形螺母紧固。紧固时，如已拧至规定力矩值，其切槽正好对准螺栓的开口销孔，则穿开口销；如切槽尚未对准销孔，应拧紧使切槽完全对准销孔，绝不允许拧松退回使之对准。

3）开口销安装。安装时，应分开折弯开口销尾端，装在槽形螺母上的开口销，长尾应弯到螺栓的尾端上，短尾应弯到螺母上；装在平头销或其他杆件上的开口销，尾端应沿零件圆周分开折弯，并应紧贴在零件上。

4）双螺母。有软垫时，需用双螺母并紧。