螺紋擰緊技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)文獻(xiàn)綜述1841年，螺紋擰緊技術(shù)開(kāi)始在英國(guó)發(fā)展起來(lái)，惠氏螺紋標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)；1894年，米制螺紋標(biāo)準(zhǔn)在法國(guó)提出，而后被認(rèn)定為國(guó)際通用螺紋標(biāo)準(zhǔn)[6]。這些螺紋標(biāo)準(zhǔn)的廣泛應(yīng)用推動(dòng)著螺紋擰緊技術(shù)以及其相關(guān)擰緊設(shè)備的不斷發(fā)展。在諸如美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家中，無(wú)論是在螺紋擰緊技術(shù)上的發(fā)展，還是在擰緊設(shè)備上的應(yīng)用，都領(lǐng)先于世界其他國(guó)家[7-9]。20世紀(jì)50年代開(kāi)始，美國(guó)一些學(xué)者對(duì)螺紋聯(lián)接過(guò)程中螺栓的伸長(zhǎng)量和預(yù)緊力的關(guān)系開(kāi)始展開(kāi)研究[10,11]，并在1960年根據(jù)研究成果制定了擰緊規(guī)范，之后把扭矩轉(zhuǎn)角法制定為主要的擰緊控制方法[12,13]。德國(guó)、日本等國(guó)的相關(guān)單位也相繼展開(kāi)了對(duì)螺紋擰緊技術(shù)的研究，并相繼制定各自的規(guī)范。隨著各國(guó)對(duì)螺栓擰緊技術(shù)研究的不斷深入，擰緊方法以及相應(yīng)的擰緊設(shè)備得到了同步發(fā)展。Sayed[14]等人利用超聲波技術(shù)，開(kāi)發(fā)了螺栓在應(yīng)力作用下伸長(zhǎng)量變化的波速算法，排除了常規(guī)檢測(cè)方法中，預(yù)緊力對(duì)摩擦系數(shù)非常敏感的問(wèn)題，能極大提高擰緊裝置螺栓擰緊的可靠性。Fukuoka[15]等人分析了螺栓預(yù)緊力和配合面摩擦系數(shù)分布，針對(duì)大型車(chē)輛的車(chē)輪螺栓擰緊設(shè)計(jì)了由多個(gè)氣動(dòng)扳手組成的多軸擰緊裝置。Deters[16]等人對(duì)螺栓擰緊過(guò)程進(jìn)行了力學(xué)分析，針對(duì)過(guò)程中擰緊力非線(xiàn)性的現(xiàn)象，將擰緊過(guò)程分為四個(gè)階段，針對(duì)每個(gè)階段，分別設(shè)計(jì)了具有對(duì)應(yīng)擰緊方案和錯(cuò)誤反饋功能的模糊邏輯控制器，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，能精確控制扭矩和角度大小，同時(shí)能實(shí)時(shí)反饋擰緊過(guò)程中的錯(cuò)誤。手動(dòng)擰緊、氣動(dòng)及電動(dòng)擰緊的設(shè)備雖然都能夠?yàn)槿藗儙?lái)極大的便利，但相繼被市場(chǎng)所淡視，逐漸消失人們的視線(xiàn)，即使沒(méi)有被淘汰，其使用率也大大降低。而基于對(duì)螺栓擰緊理論的深入研究，換來(lái)的則是低噪聲、低能耗的高性能自動(dòng)擰緊設(shè)備，該設(shè)備除了能夠完成之前擰緊設(shè)備的擰緊工作，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)裝配對(duì)象的扭矩監(jiān)控等工作，提高了設(shè)備的自動(dòng)化程度和產(chǎn)品的裝配質(zhì)量。比較有代表性的設(shè)備制造商有：阿特拉斯、英格索蘭、庫(kù)柏、博世、愛(ài)斯迪克等。圖1.4至圖1.8為上述公司的螺紋自動(dòng)擰緊產(chǎn)品。圖1.4阿特拉斯擰緊機(jī)圖1.5英格索蘭擰緊機(jī)圖1.6庫(kù)柏?cái)Q緊機(jī)圖1.7博世擰緊機(jī)圖1.8愛(ài)斯迪克保護(hù)罩?jǐn)Q緊機(jī)與國(guó)外相比，我國(guó)的螺紋裝配技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展都較落后，其原因是我國(guó)的螺紋裝配制造工業(yè)開(kāi)始晚，而且市場(chǎng)的應(yīng)用較差。但是，從二十一世紀(jì)初我國(guó)相關(guān)企業(yè)單位開(kāi)始逐漸與國(guó)外先進(jìn)的裝配設(shè)備生產(chǎn)公司合作交流，引進(jìn)國(guó)外的螺紋聯(lián)接技術(shù)并消化吸收，由此我國(guó)在螺紋裝配技術(shù)和設(shè)備方面都有了一定程度的發(fā)展[17]。目前我國(guó)僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)扭矩的控制，以及在擰緊過(guò)程中對(duì)一些重要參數(shù)的監(jiān)控等比較基礎(chǔ)的應(yīng)用。因?yàn)榍c(diǎn)控制難度大，并且我國(guó)的螺紋緊固件的性能和材質(zhì)還需進(jìn)一步提高，所以屈服點(diǎn)控制的方法至今在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用并不廣泛[18]。近年來(lái)，我國(guó)各大高校對(duì)擰緊理論以及專(zhuān)用擰緊機(jī)也進(jìn)行了一系列研究。2007年，合肥工業(yè)大學(xué)的林巨廣教授等人[19]對(duì)設(shè)計(jì)了一種四軸自動(dòng)擰緊機(jī)，通過(guò)對(duì)基于IPC的四軸擰緊機(jī)的研究，實(shí)現(xiàn)了所設(shè)計(jì)擰緊機(jī)能夠四軸自動(dòng)對(duì)孔、自動(dòng)換擋等功能，具有力封閉等特點(diǎn)。2012年，大連海事大學(xué)的范云生[20]研究了汽車(chē)柔性裝配系統(tǒng)，進(jìn)行了擰緊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并在擰緊過(guò)程中運(yùn)用了模糊控制算法，提高了整體的裝配精度。沈陽(yáng)航空航天大學(xué)的魏企業(yè)[21]設(shè)計(jì)了一種螺栓裝配自動(dòng)擰緊機(jī)，其中主要為以L(fǎng)abview為核心，基于STM32微處理器的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。上海交通大學(xué)的黃健等人[22]分析了螺紋聯(lián)接擰緊理論，探討實(shí)際工程中扭矩法、扭矩控制-轉(zhuǎn)角監(jiān)控、轉(zhuǎn)角控制-扭矩監(jiān)控以及屈服點(diǎn)法在擰緊方面的應(yīng)用，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了單軸擰緊機(jī)，并在單軸擰緊機(jī)的基礎(chǔ)上介紹了多軸擰緊機(jī)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和工作方式。上海理工大學(xué)的何成等人[23]根對(duì)螺絲擰緊的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了研究，推導(dǎo)出了擰緊方程，對(duì)擰緊速度做出了優(yōu)化。隨著自動(dòng)控制和人工智能的發(fā)展，螺紋裝配技術(shù)和設(shè)備得以快速發(fā)展。但就當(dāng)下來(lái)說(shuō)，我國(guó)擰緊機(jī)大多還是以人工手持的方式進(jìn)行作業(yè)，在很多方面都還需進(jìn)一步創(chuàng)新改善。其次，在擰緊機(jī)工作時(shí)難免會(huì)出現(xiàn)過(guò)扭矩、過(guò)流等超負(fù)載情況，這些情況會(huì)導(dǎo)致擰緊機(jī)收到損壞以至于停止工作，甚至?xí)C(jī)操作者的安全。因此，在擰緊機(jī)故障自動(dòng)監(jiān)控、檢測(cè)、報(bào)警、停機(jī)等方面的技術(shù)也還需要進(jìn)一步創(chuàng)新改善?？偟膩?lái)看，當(dāng)前螺紋自動(dòng)裝配設(shè)備相關(guān)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要集中在以下兩點(diǎn)：（1）高精度的擰緊力矩自動(dòng)控制在汽車(chē)部件的螺紋裝配中，目前我國(guó)更多還是使用手動(dòng)和半自動(dòng)擰緊設(shè)備，僅能實(shí)現(xiàn)螺紋的擰緊，但是擰緊力矩不能很好的控制。因此在開(kāi)展螺紋裝配設(shè)備的全自動(dòng)化研究工作時(shí)，要高度重視擰緊力矩的高精度自動(dòng)控制，采用先進(jìn)的的現(xiàn)代控制技術(shù)，保證螺紋裝配質(zhì)量。（2）先進(jìn)控制和人工智能技術(shù)在螺紋自動(dòng)擰緊中的應(yīng)用針對(duì)螺紋擰緊過(guò)程中的擰緊速度控制，現(xiàn)代控制技術(shù)由傳統(tǒng)的PID控制逐漸轉(zhuǎn)向模糊控制、預(yù)測(cè)控制等先進(jìn)的控制方法，并應(yīng)用于實(shí)際工程中。因此，為了滿(mǎn)足螺紋自動(dòng)擰緊過(guò)程中的更高控制要求，應(yīng)大力研究自動(dòng)擰緊控制策略[24]。參考文獻(xiàn)[1]張雷.力矩?cái)Q緊機(jī)的應(yīng)用及擰緊方式、參數(shù)的選擇[D].吉林:吉林大學(xué),2011.[2]牟致忠.機(jī)械零件可靠性設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1988.[3]游佳川.基于擰緊扭矩的矩形橡膠密封圈軸向形變量撿測(cè)的研究[D].重慶:重慶大學(xué),2016.[4]黃恭偉.螺紋擰緊技術(shù)研究及擰緊機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].合肥工業(yè)大學(xué),2007.[5]李品.汽車(chē)制動(dòng)主缸活塞部件擰緊機(jī)研制[D].長(zhǎng)春理工大學(xué),2020.[6]INTERNATIONALSTANDARD.ISOGeneralPurposeMetricScrewThreads.ISO-965,1998.[7]TatsumiMakimae,YutakaFuji,Shinagawa,Fuchu-cho.MethodandAppratusforTighteningBolts.UnitedStatesPatentUS6954682B2.2005.[8]H.WALASZEKP,BOUTEILLE.UltrasonicStressMeasurement:ApplicationtoPreloadAssessmentonalreadyTightenedBolts.MaterialsScienceForum2006,Vols:524-525.2006,PP:459-464.[9]Trollhattan,Sweden.ControlledTighteningOvertheYieldPointofaScrewBasedonTaylor’sSeriesExpansions.JournalofPressureVesselTechnology.2003.NovemberVolume125,Issue4,PP:460-466.[10]MoriK,HashimuraS,MurakamiY,etal.Anewtighteningmethodforboltedjointsbythesimultaneousapplicationoftorqueandcompressiveforce[R].SAETechnicalPaper,2001.[11]YangS,ChenX,AltyJL.Designissuesandimplementationofinternet-basedprocesscontrolsystems[J].Controlengineering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