重卡的主要連接方式為螺栓連接, 且緊固件品種和匹配方式較多。通過(guò)橫向振動(dòng)試驗(yàn),對(duì)比分析后提出緊固件匹配優(yōu)化建議。
目前,重卡各總成和零部件之間的主要連接方式仍然是螺栓連接,因?yàn)槁菟ㄟB接的標(biāo)準(zhǔn)性、通用性和互換性,使得螺栓連接應(yīng)用廣泛且成本較低。
但同時(shí)也存在匹配品種較多的問(wèn)題,造成不同匹配之間的緊固特性和防松性能不同,因而導(dǎo)致螺栓松動(dòng),造成連接失效。
螺栓松動(dòng)原因較復(fù)雜,除了與制造、熱處理、涂覆工藝過(guò)程有關(guān),還與連接間夾緊力衰減速度和幅度密切相關(guān),因此有必要研究螺栓螺母的匹配特性,采用合理的匹配來(lái)提升螺紋副防松性能并減少緊固件品種。
重卡常用的高強(qiáng)度螺栓有六角頭和法蘭面(帶齒或不帶齒),常用的螺母有非金屬嵌件(尼龍)鎖緊螺母、彈性圈(簧片)鎖緊螺母、法蘭面螺母和施必牢(變牙型)螺母等。
為對(duì)比驗(yàn)證各種匹配組合的防松性能,采用國(guó)際通用和國(guó)標(biāo)推薦的螺紋副橫向振動(dòng)測(cè)試儀進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比,分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
1、試驗(yàn)概況
1.1 M18螺栓與不同螺母匹配
以M18×2的六角頭鍍鋅螺栓為例,分別與施必牢螺母、簧片鎖緊螺母、尼龍鎖緊螺母匹配擰緊后進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)。
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求和試驗(yàn)方案,螺母按設(shè)定的夾緊力擰緊后,儀器在振動(dòng)過(guò)程中將實(shí)時(shí)記錄初始夾緊力和振動(dòng)結(jié)束時(shí)的剩余夾緊力,通過(guò)剩余與初始夾緊力百分比來(lái)判定試驗(yàn)樣件的防松性能差異。
圖1 緊固件橫向振動(dòng)測(cè)試儀 (GB/T 10431-2008)
試驗(yàn)預(yù)設(shè)相同夾緊力,每種螺母在相同夾緊力情況下進(jìn)行兩組試驗(yàn)。數(shù)據(jù)如下:
圖2 M18螺栓與不同鎖緊螺母
從表中可看出,相同夾緊力情況下,尼龍鎖緊螺母在振動(dòng)結(jié)束時(shí)的夾緊力衰減最小。
表1 不同類型鎖緊螺母的試驗(yàn)數(shù)據(jù)
1.2 不同涂層車輪螺栓與車輪螺母匹配
車輪螺栓規(guī)格為M22×1.5-10.9,為驗(yàn)證不同表面涂層對(duì)螺栓防松的影響,準(zhǔn)備了磷化和鍍鋅螺栓螺母,分別進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn),得出對(duì)比數(shù)據(jù)。
圖3 試驗(yàn)用車輪螺栓、螺母
以下是磷化和鍍鋅各兩組試驗(yàn)數(shù)據(jù):
表2 不同表面處理方式匹配試驗(yàn)
從表中數(shù)據(jù)可知,同樣夾緊力情況下,磷化螺栓螺母夾緊力衰減更大。
1.3 彈簧墊圈、楔形墊圈與螺栓匹配
圖4 彈簧墊圈和防松墊圈
使用M18×1.5-10.9六角頭螺栓和M18×1.5-10六角頭螺母,在螺母端加入墊圈后擰緊。以下是分別進(jìn)行橫向振動(dòng)得到的數(shù)據(jù):
表3 不同墊圈匹配試驗(yàn)數(shù)據(jù)
從表中數(shù)據(jù)看出,相同夾緊力時(shí),楔形墊圈的夾緊力衰減更小。
2、分析總結(jié)
試驗(yàn)按照國(guó)標(biāo)要求進(jìn)行,采用試驗(yàn)設(shè)備擰緊螺母,振動(dòng)1500次即自動(dòng)停止。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù),對(duì)試驗(yàn)總結(jié)如下:
2.1 緊固件品種過(guò)多
不利于采購(gòu)管理、生產(chǎn)組織、質(zhì)量控制和售后服務(wù),應(yīng)減少品種。例如在不經(jīng)常拆卸的部位,可以多選用六角頭螺栓和自鎖螺母匹配,提升防脫能力。
而在經(jīng)常拆卸的部位,可選用六角頭螺栓與施必牢螺母匹配,通過(guò)增大螺紋副間的鎖緊力和摩擦力防止軸力快速衰減。
2.2 楔形墊圈因?yàn)樾ㄐ谓谴笥诼菁y螺旋升角
當(dāng)螺母有松退趨勢(shì)時(shí),墊圈會(huì)補(bǔ)償間隙而保證軸向力不會(huì)大幅衰減,是結(jié)構(gòu)防松而非摩擦防松。
因此,采用楔形防松墊圈后,配合普通螺母即可, 雖然增加了墊圈,但是螺栓螺母的品種減少了。
2.3 試驗(yàn)證明
高強(qiáng)度螺栓因?yàn)檩S向夾緊力較大,彈簧墊圈在安裝時(shí)已經(jīng)被完全壓平變?yōu)槠綁|圈,彈性防松性能無(wú)法體現(xiàn)。
2.4 試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)
磷化高強(qiáng)度螺栓螺母連接在橫向振動(dòng)時(shí),夾緊力衰減較大,分析其原因可能是磷化表面摩擦系數(shù)較低造成的。
3、結(jié)束語(yǔ)
高強(qiáng)度螺栓連接中,直徑M14以上或扭矩200Nm以上無(wú)須使用彈簧墊圈防松。
磷化螺栓在實(shí)際使用中會(huì)涂油防銹,因此更不利于防松。不建議高強(qiáng)度螺栓螺母采用磷化表面處理。
關(guān)鍵部位的緊固件匹配,不但要考慮防松,還應(yīng)增加防脫功能。所以應(yīng)做好結(jié)構(gòu)防松方式的研究推廣,降低緊固件摩擦系數(shù)散差大的不利影響。
