下圖是某款電池PACK的內(nèi)部圖片,從圖上可以看到的連接方式其實(shí)有三種:
1)用螺栓、螺帽將線束與繼電器等核心零件連接;
2)用拋釘將線束和金屬支架連接;
3)用卡扣將低壓線束與模組連接
其中靠螺栓、螺帽擰緊連接是動(dòng)力電池PACK裝配過(guò)程中用到的最多的連接方式。而擰緊技術(shù)也是裝配中最最最重要的技術(shù)。
擰緊技術(shù)是很大的一個(gè)課題,本文先講下擰緊技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)。
擰緊原理:螺栓插入被連接件,利用螺母或內(nèi)螺紋擰緊使螺栓拉伸變形,這種彈性變形產(chǎn)生了軸向的拉力,將被夾零件擠壓在了一起,稱為預(yù)緊力,又稱夾緊力。
有的人說(shuō)不就擰個(gè)螺栓么?日常生活中,家里凳子什么上的螺栓松了用螺絲刀擰一擰或者淘寶上買個(gè)組裝的書(shū)柜自己在家里面DIY,用螺絲刀擰一擰,然后就可以完成組裝,有必要搞這么多專業(yè)詞匯,說(shuō)的這么玄乎么?
當(dāng)然有有有。
尤其是作為新能源汽車的動(dòng)力電池PACK。前面文章有講到,PACK里的高壓線是動(dòng)力電池PACK的“大動(dòng)脈血管”,用來(lái)傳輸電流。
試想一下,你開(kāi)著一輛純電動(dòng)的新能源汽車,行駛在馬路上,突然高壓線與模組連接的螺栓因?yàn)閿Q緊過(guò)程異常導(dǎo)致松動(dòng)或者螺栓斷裂,從而電流無(wú)法輸出,動(dòng)力中斷,汽車急停,如果后面沒(méi)有車,到是可以“安全著落”,假如后面有一輛高速行駛的卡車,會(huì)是怎樣的后果?
因此前面說(shuō)的擰緊技術(shù)是裝配中最最最重要的技術(shù)并不是夸大奇詞。
上述擰緊原理中提到的夾緊力是我們制造過(guò)程中想要得到的參數(shù),但是在制造現(xiàn)場(chǎng)直接去測(cè)量力是很難操作的。而扭矩(Torque)是很容易測(cè)量出的。
因此采用扭矩這個(gè)參數(shù)來(lái)表征兩個(gè)物體之間加緊的效果。但是對(duì)物體施加的扭矩是不是全部轉(zhuǎn)化成了夾緊力呢?答案是否定的。
真正轉(zhuǎn)化為加緊力的扭矩其實(shí)只有10%,90%的扭矩用于克服摩擦力。下圖就是傳說(shuō)中的:50-40-10原則。
因此,如果在實(shí)際的制造裝配過(guò)程中發(fā)現(xiàn)扭矩異常,當(dāng)排除人員操作方法和擰緊工具的問(wèn)題后,就可以從螺栓和螺紋自身中找到扭矩異常的原因。
首先講下什么是貼合面和擰緊角度。貼合面是指螺栓的法蘭面與被緊固件接觸的面(如下圖所示)。
擰緊角度是指螺栓從貼合面最終到達(dá)目標(biāo)扭矩所旋轉(zhuǎn)的角度。
根據(jù)螺栓的擰緊角度,我們可以將螺栓連接狀態(tài)分為兩大類:
1)硬連接
當(dāng)擰緊角度<30°時(shí),稱之為硬連接。在PACK裝配工藝中,絕大部分都是硬鏈接。比如模組與托盤的連接,高壓線束與繼電器的連接。
2)軟連接
當(dāng)擰緊角度>720°時(shí),稱之為軟連接。在PACK裝配工藝中,只有很少的軟連接。最典型的就是筆者曾經(jīng)負(fù)責(zé)的一款PACK裝配工藝中,熱管理系統(tǒng)中橡膠管與冷卻板的進(jìn)出水口用卡箍的連接(如下右圖所示)。
實(shí)際的裝配工藝中,正是因?yàn)橛辛擞策B接和軟連接,才造成了實(shí)際靜態(tài)扭矩與目標(biāo)扭矩的偏差。
在正常情況下,硬連接的靜態(tài)扭矩要高于動(dòng)態(tài)扭矩。軟連接的靜態(tài)扭矩要低于動(dòng)態(tài)扭矩,我們也稱之為扭矩衰減。
備注:“動(dòng)態(tài)扭矩:電動(dòng)擰緊工具傳感器在擰緊結(jié)束那一刻采集到的扭矩峰值;靜態(tài)扭矩:擰緊結(jié)束5分鐘以內(nèi),再用數(shù)顯扭矩扳手繞螺栓原來(lái)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向復(fù)擰一次所顯示的扭矩值(螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)角度不超過(guò)5°)。”
尤其是軟連接,如果靜態(tài)扭矩值過(guò)多的低于動(dòng)態(tài)扭矩值,我們要采取適當(dāng)?shù)目刂剖侄?。過(guò)多的低于動(dòng)態(tài)扭矩值,即過(guò)多的扭矩衰減,會(huì)造成擰緊失效,夾緊力降低,最后帶來(lái)產(chǎn)品質(zhì)量隱患。
針對(duì)軟連接,我們?cè)诓邉澭b配工藝的時(shí)候,有如下方法可以降低軟連接帶來(lái)的扭矩衰減。
1)降低電動(dòng)擰緊工具的速度;
2)將正常的一步擰緊策略改為多步擰緊;
3)減少第一步設(shè)定的扭矩值,重復(fù)第二次擰緊;
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