裝載機(jī)緊固件的失效分析及預(yù)防

李明 潘文平

【摘 要】螺栓連接是機(jī)械工程、結(jié)構(gòu)工程等領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的連接方式，是緊固件連接中最基本的一種結(jié)構(gòu)形式，在現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程中被廣泛應(yīng)用。而螺栓的類型、受力特點(diǎn)、使用的環(huán)境等的不同，螺栓的重要性不同，對(duì)防松脫的要求也不同。文章主要通過分析裝載機(jī)制造過程中發(fā)生的典型的緊固件失效問題，研究螺栓松脫的失效原因及常用的解決方案。

【關(guān)鍵詞】緊固件；失效；預(yù)防措施

【中圖分類號(hào)】TH243 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2017）08-0041-03

在裝載機(jī)的市場(chǎng)反饋中，很多重大零部件的損壞往往是由于小小的緊固件失效造成的，本文通過研究裝載機(jī)生產(chǎn)和市場(chǎng)反饋中常見的緊固件失效案例，分析造成緊固件松脫的失效原因及普遍的預(yù)防措施。

1 案例分析及控制措施

下面通過12個(gè)典型的緊固件失效案例來分析不同情況下的緊固件失效機(jī)理與解決方案（見表1）。

2 裝載機(jī)緊固件失效原因及預(yù)防措施

2.1 震動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、溫度引起的緊固件失效

裝載機(jī)的震動(dòng)分為旋轉(zhuǎn)大震動(dòng)、固定大震動(dòng)、受壓大震動(dòng)等，在這樣的環(huán)境下運(yùn)行很容易導(dǎo)致防松能力不足的緊固件逐步松脫。

（1）高速旋轉(zhuǎn)、大震動(dòng)。如案例1，整機(jī)工作時(shí)傳動(dòng)軸是處于高速旋轉(zhuǎn)的大震動(dòng)環(huán)境中，如果傳動(dòng)軸安裝螺栓處防松能力不足，在震動(dòng)及高速旋轉(zhuǎn)的影響下，其中一顆先逐步松脫，則其余與橋、箱連接的螺栓會(huì)受徑向剪切力影響而斷裂（案例2同理）。

（2）固定大震動(dòng)如案例3，柴油機(jī)機(jī)腳螺栓是直接裝配在柴油機(jī)上的，屬于固定大震動(dòng)，如果螺栓防松能力不足，則很容易在柴油機(jī)的震動(dòng)中逐步松脫（案例4同理）。

（3）高溫、高壓大震動(dòng)如案例5，柴油機(jī)氣泵接頭處的密封及緊固是依靠帶橡膠的組合墊圈保證，而靠近柴油機(jī)的溫度是最高的，橡膠在高溫下會(huì)融化失效。而該鋼管如果固定不合理，受柴油機(jī)的震動(dòng)影響，鋼管將逐步松動(dòng)，加上氣路高壓力助推，接頭的緊固將逐步失效。

解決以上問題的方案：{1}在靠近高溫的環(huán)境下，應(yīng)使用耐高溫的部件。{2}優(yōu)化靠近震源部件的裝配方式，降低震動(dòng)的影響。{3}提高緊固件的防松措施，如增加防松墊圈、涂抹螺紋緊固劑。從圖1可以看出，螺紋緊固劑的防松效果明顯優(yōu)于其余方式的防松效果。

2.2 零部件引起的緊固件失效

（1）緊固件特性引起的扭矩衰減。對(duì)于螺母本身引起的扭矩衰減，如輪胎高速轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母需要與被連接件表面磨合，磨合過程中存在扭矩?fù)p失。故在使用法蘭防松螺母裝配后，運(yùn)行初期需使用定扭矩扳手?jǐn)Q緊螺母2次，后期使用過程中螺栓緊固扭矩就不會(huì)大幅度衰減了。對(duì)于高速旋轉(zhuǎn)、震動(dòng)條件下，有效地防止松脫的方案可參考前述“震動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、溫度引起的緊固件失效”。

（2）零部件間存在間隙導(dǎo)致的緊固扭矩衰減。如案例6、案例7，對(duì)于設(shè)計(jì)或制造原因引起的2個(gè)零部件間存在間隙，若與螺栓接觸的零部件強(qiáng)度不足，在裝配時(shí)連接螺栓向與螺栓接觸的零部件施加作用力，會(huì)導(dǎo)致其變形，則輸出扭矩一部分將在克服部件變形中損失。

解決方案需考慮2個(gè)方面：{1}提高與螺栓接觸的零部件強(qiáng)度（如硬度、厚度等）。{2}從設(shè)計(jì)或制造端消除零部件間的間隙，避免與螺栓接觸的零部件表面受力變形。

2.3 螺栓規(guī)格與螺紋孔深度不匹配對(duì)螺栓緊固的影響

（1）螺栓長(zhǎng)度或螺紋長(zhǎng)度大于或等于螺紋深度。螺栓長(zhǎng)度或螺紋長(zhǎng)度大于或等于螺紋深度，螺栓無法裝配到底，造成螺栓擰緊力矩達(dá)不到要求（如案例8、案例9）。此類問題的解決方案可從增加螺紋孔深度、減少螺栓長(zhǎng)度方面考慮。

（2）螺栓長(zhǎng)度或螺紋長(zhǎng)度比螺紋孔深度短。這種情況使螺栓與螺紋孔的有效連接長(zhǎng)度不足，導(dǎo)致螺栓所需的緊固力矩不足，會(huì)造成螺栓的松脫。此類問題的解決方案可從增加螺栓長(zhǎng)度方面考慮。

（3）螺栓的螺牙與螺紋孔規(guī)格不一致。在這樣的情形下如果強(qiáng)行裝配，即使表面上目測(cè)螺栓是裝配到底了，實(shí)際上螺栓的螺牙與螺紋孔規(guī)格不匹配，導(dǎo)致螺栓的螺牙與螺紋孔的螺牙接觸不理想，導(dǎo)致螺紋實(shí)際上并未達(dá)到所需的擰緊力矩要求，造成松脫的現(xiàn)象。

2.4 零部件引起的干涉或歪斜裝配對(duì)裝配扭矩的影響

如案例10，由于零部件占據(jù)的裝配空間，在使用風(fēng)槍裝配螺栓過程中干涉零部件，導(dǎo)致風(fēng)槍輸出扭矩需要克服零部件干涉的摩擦力造成損失。

此類問題的解決方案：{1}在設(shè)計(jì)或制造端，消除零部件干涉裝配的空間。{2}如設(shè)計(jì)或制造端無法消除零部件干涉裝配的空間，通常是制作專用的萬向節(jié)套筒或加長(zhǎng)桿套筒用于裝配，而歪斜裝配或加長(zhǎng)桿套筒造成的扭矩?fù)p失可通過調(diào)整裝配時(shí)間、增大裝配力矩來補(bǔ)償。

2.5 零部件的安裝面對(duì)裝配質(zhì)量的影響

如案例11，前橋安裝螺栓的安裝面油漆過厚，裝配后油漆層破損，緊固力矩會(huì)隨著油漆層的破損而降低。故在行業(yè)中，通常需要嚴(yán)格控制安裝面的粗糙度、光潔度。

2.6 裝配順序?qū)ρb配質(zhì)量的影響

如案例12，我們嘗試過對(duì)后橋的裝配順序試驗(yàn)不同的方案，同一員工，使用不同的裝配順序裝配后橋，得出的結(jié)果確實(shí)差異較大。

員工X，需要裝配的點(diǎn)為A、B 2個(gè)點(diǎn)，使用3種裝配順序裝配后橋：①打緊1遍，A→B，每個(gè)螺栓裝配時(shí)間約20 s，結(jié)果顯示扭矩均不達(dá)標(biāo)。②單邊打緊2遍，A（2遍）→B（2遍），每個(gè)螺栓裝配時(shí)間約20 s，結(jié)果顯示扭矩少部分不達(dá)標(biāo)。{3}對(duì)角打緊2遍，A→B（2遍）→A，每個(gè)螺栓的裝配時(shí)間約20 s，結(jié)果顯示扭矩均達(dá)標(biāo)。

螺栓裝配要求對(duì)角線裝配的好處是為了保證工件受力均勻，安裝時(shí)盡可能避免工件受力不均勻的情況，從而影響工件裝配質(zhì)量。

3 結(jié)語

通過以上各種典型的緊固件失效案例分析及一些常用的解決方案，能夠解決類似的許多緊固件松脫的質(zhì)量問題，大大降低了裝載機(jī)內(nèi)部反饋及早期市場(chǎng)反饋。

參 考 文 獻(xiàn)

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[責(zé)任編輯：陳澤琦]