淺談重型汽車螺栓松動成因與防松

于宏圖 劉愛君

摘 要：近幾年，隨著科技水平的顯著提高，各個行業(yè)在發(fā)展當(dāng)中都面臨著新的契機，汽車行業(yè)也不例外，它在搭乘科技這一順風(fēng)車的過程當(dāng)中，逐漸提升自身汽車的裝配質(zhì)量，為品牌的打造和行業(yè)整體質(zhì)量的提升都起到了至關(guān)重要的作用。但是分析目前汽車行業(yè)的現(xiàn)狀，仍然會發(fā)現(xiàn)其中存在著由于螺栓松動而造成的各種各樣的問題，對于汽車在行駛當(dāng)中的安全性與穩(wěn)定性造成了很大的影響。本文在工作經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，從理論知識的角度，對螺栓連接松動的原因進行了分析，并提出了一些防止松動的具體策略，希望為汽車行業(yè)的相關(guān)工作者提供一個有價值的參考。

關(guān)鍵詞：重型汽車：螺栓松動；成因；防止措施

1 引言

汽車的螺栓具有方便拆卸、可以在有效時間內(nèi)多次使用的特點。但是當(dāng)工作或使用過程中出現(xiàn)較大幅度的震動、沖擊或是設(shè)備的載荷以及工作環(huán)境的溫度發(fā)生較大變化時，螺栓就會發(fā)生松動甚至脫落，對于汽車的安全行駛帶來很大的安全隱患，因此結(jié)合工作經(jīng)驗對重型汽車螺栓松動的原因進行詳細的分析，從而在此基礎(chǔ)上制定一些針對性的策略加以解決是一項具有普遍現(xiàn)實意義的工作。

2 重型汽車螺栓松動的原因

筆者結(jié)合自己的工作經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)在實際工作過程當(dāng)中，往往會由于擰緊力矩、彈力松弛、橫向載荷等原因造成螺栓松動。詳細分析如下：

2.1 擰緊力矩

為了使重型汽車裝配的螺栓之間的連接盡可能有效，在裝配時就需要適當(dāng)?shù)妮S向夾緊力作用，這一個夾緊力就是物理學(xué)上稱之為“軸向預(yù)緊力”的作用。這種類型的力是保證零件之間穩(wěn)固連接的基礎(chǔ)，受裝配位置、裝配工具的影響非常嚴(yán)重。但是在開展工作的過程當(dāng)中，由于該力的特殊性，往往不能通過對這種力的直接控制達到保證螺栓連接質(zhì)量的效果，而是通過對軸向預(yù)緊力進行控制實現(xiàn)。

從物理力學(xué)上講，螺栓的擰緊過程原本就是一個克服摩擦力做功的過程，其中摩擦力主要來白螺絲螺紋之間以及螺栓與零件之間。螺紋的材料、螺絲表面的光滑程度、對于螺栓的處理以及裝配的速度、溫度在某種程度上都會螺栓的裝配質(zhì)量產(chǎn)生影響，此外，螺栓螺紋的直徑大小對于擰緊力矩起著直接的影響作用，而每個接觸部件之間的摩擦力系數(shù)又對力矩大小起到關(guān)鍵的作用。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，在100%的扭矩當(dāng)中，螺紋以及支撐面的摩擦扭矩就消耗了九成，因此螺栓的實際夾緊力只剩下了10%。而且當(dāng)為了降低摩擦力的影響，對螺栓進行潤滑劑處理之后，螺栓能夠承載的力量就由于摩擦系數(shù)的降低以及損耗的下降而變小，實際工作當(dāng)中更有可能被拉斷。因此預(yù)緊力需要保證在一個適當(dāng)?shù)姆秶畠?nèi)，而這一力量和摩擦力是呈反比例存在的，這就為保證這一范圍的標(biāo)準(zhǔn)性提供了理論基礎(chǔ)。

螺栓連接失效的表現(xiàn)主要有螺栓松動、螺栓斷裂等。松動失效產(chǎn)生的條件如下：螺紋副中存在雜質(zhì)、螺栓受到瞬間沖擊力比較大，而且外界環(huán)境溫度變化較大時，螺栓連接的各個部分之間的摩擦力都有可能出現(xiàn)瞬間為0的效果，從而使得擰緊力矩瞬間消失，螺栓松動失效。而螺栓斷裂則主要是因為軸向預(yù)緊力過大從而使得材料抗拉強度達到極限而導(dǎo)致的。這一表現(xiàn)容易在工作當(dāng)中被及時發(fā)現(xiàn)，從而能夠及時采取有效的措施進行補救，防止更大危害的發(fā)生。而螺栓松動則是潛在危害的一種，它因為自身的隱性從而使得本身造成事故的可能性大大增加。通過以上分析，為了保證擰緊力矩保持在一定的界限內(nèi)，必須對螺栓的摩擦力系數(shù)進行明確的規(guī)定。

2.2 彈力松弛

螺栓連接擰緊之后，其本身和周圍就會發(fā)生較大的彈性形變或是塑性形變。主要原因是一大部分彈力都用來克服摩擦力做功了，做功的過程中就不可避免的有熱能產(chǎn)生，從而造成零件的形變。在預(yù)緊力的限制下，螺栓初期具有的是彈性形變，然后才會在時間的作用下造成松弛，為松動的出現(xiàn)提供了基礎(chǔ)。螺栓表面在螺距誤差、粗糙程度以及碰撞造成的損傷的影響下，松動出現(xiàn)和加劇的可能性就大大增加。另外，螺栓內(nèi)應(yīng)力的存在、外部環(huán)境的影響、負荷的加大等都會造成螺栓的局部塑性形變，從而加劇松動。但是應(yīng)該明確的是，松動不會持續(xù)進行，它會因為載荷達到一定界限從而達到穩(wěn)定的狀態(tài)，因此初始松動一部分也來自彈力松弛。彈力松弛應(yīng)該在最短的時間內(nèi)得到處理，否則螺栓會在可靠性逐漸降低的基礎(chǔ)上喪失工作能力。重型汽車在裝配的過程中需要在考慮摩擦力的基礎(chǔ)上選擇合適的螺栓以及擰緊工具，從而在減少熱量產(chǎn)生的基礎(chǔ)上，降低松弛發(fā)生的幾率，進而使得擰緊作用和效果得以有效保障。在工作之前，可以采用實驗的方法確定預(yù)緊力的大小。

2.3 橫向載荷的影響

為了判斷橫向載荷對于螺栓松動造成的影響，可以采用不同材料的螺栓進行橫向?qū)Ρ葘嶒灐Ｋx取的螺母以及螺栓材料分別為磷化材料、鍍鋅材料以及達克羅螺栓。三組實驗條件完全相同，排除外界環(huán)境的影響。對于實驗結(jié)果進行綜合分析可以發(fā)現(xiàn)，不同的材料對于螺栓防松性能的影響較大，達克羅螺栓防松動性能的效果最差。但是受實驗條件和時間的限制，本實驗結(jié)果不具有完全的說服力，需要大量數(shù)據(jù)的整合，才能得出更加具有普遍性的實驗結(jié)果。

從物理學(xué)的角度分析，橫向載荷的震動極有可能對連接松動產(chǎn)生影響。而震動頻率的增加帶來的將是摩擦力的減少以及松動矩力的大幅降低。在這樣的環(huán)境下，螺栓連接松動、失效發(fā)生的幾率就大大增加。

3 重型汽車螺栓松動的防治措施

經(jīng)過上述分析可得：預(yù)緊力、摩擦系數(shù)、螺旋升角以及橫向震動力是影響螺栓連接松動的最主要原因，因此在進行防治的過程中，也可以從這些角度展開：

3.1 預(yù)緊力

螺栓的預(yù)緊力和防松性能成正比例關(guān)系。但是在實際的工作當(dāng)中，螺栓規(guī)格與其結(jié)構(gòu)、成本息息相關(guān)，因此螺栓的預(yù)緊力也就受到了不同程度的影響。采用提高螺栓強度的方法可以有效解決這一問題，同時也要保證較大的緊固力量。因此在實際裝配過程中，要認真并嚴(yán)格計算螺栓的預(yù)緊力，進而對實際情況進行詳細分析，及時更換不符合要求的螺栓，加強螺栓的穩(wěn)定性。

3.2 摩擦系數(shù)

摩擦力與螺栓的松動性能呈反比，即摩擦力越大，松動出現(xiàn)的幾率越小。但是在實際裝配的過程中，也不能盲目地加大摩擦力，從而造成螺紋燒結(jié)現(xiàn)象的出現(xiàn)。在實際工作中要注意全金屬的螺母以及尼龍螺母的緊固性能不受單一預(yù)緊力的影響。

3.3螺旋升角

細牙螺紋在降低螺旋升角當(dāng)中發(fā)揮著重要的作用。這種螺紋可以有效解決螺栓連接要求比較嚴(yán)格的特性，而且在有效連接的過程中可以實現(xiàn)白鎖性。裝配當(dāng)中的一些重要連接，比如推力桿螺栓、彈簧支架螺栓等一些重要的連接都采用細牙螺紋進行防松。

3.4 契形螺紋

較大法向力是這種螺紋的優(yōu)勢，因此契形螺紋的防松效果主要是通過法向力而達到的。在較大法向力的約束下，契形螺紋往往具有較大的摩擦力，因此就能在此基礎(chǔ)上達到防松的目的。重型汽車當(dāng)中推力桿、傳動軸都采用這種螺紋。

3.5 附件

在鎖片、開口銷、雙螺母等相關(guān)附件的幫助下，螺絲與螺母之間的摩擦力會大大增加，因此松動發(fā)生的幾率也就會降低，它發(fā)揮作用的機制主要是降低螺母和螺絲的自行轉(zhuǎn)動。這類防松措施往往因為操作方便、成本低而在重型汽車裝配當(dāng)中受到廣泛的應(yīng)用。

3.6 完善表面處理

當(dāng)進行不同的表面處理時，螺栓夾緊力就會有很大的不同。上述分析表明，摩擦力越小，螺栓的防松性能越差。實驗結(jié)果表明將鍍鋅螺栓以及摩擦系數(shù)很小的達克羅螺栓進行比較，2分鐘之后前者的夾緊力就達到基本穩(wěn)定的狀態(tài)；而后者卻一直處于衰減當(dāng)中。因此在實際工作當(dāng)中，要通過對螺栓表面做出相應(yīng)的處理，使得在降低摩擦系數(shù)的過程中，減少摩擦系數(shù)出現(xiàn)波動的幾率，從而提高螺栓的防松性能。

3.7 定期復(fù)緊

盡管采取很多的措施，在實際工作當(dāng)中，重型汽車的螺栓出現(xiàn)松動也是不可避免的一個現(xiàn)象，因此要將定期復(fù)緊作為裝配工作當(dāng)中的一項重點內(nèi)容，及時擰緊松動的螺絲，將隱患的發(fā)生扼殺在搖籃中。

3.8其他防松

除了常規(guī)的復(fù)緊方式，利用帶齒頭的螺栓以及使用墊圈等措施都是防止螺栓松動的有效措施，在重型汽車裝配的過程中可以加以使用。

4 結(jié)語

隨著科技的進步和經(jīng)濟水平的提高，各行各業(yè)在面臨新的發(fā)展機遇的同時也受到了來自各方面的挑戰(zhàn)，因此汽車裝配行業(yè)只有不斷提升自身的工作質(zhì)量，才能在激烈的市場競爭當(dāng)中處于優(yōu)勢地位。作為裝配的主要工作之一，螺栓的質(zhì)量與穩(wěn)定性決定著整個行業(yè)形象的塑造，因此一定要在日常工作當(dāng)中，認真分析汽車螺栓松動的原因，進而制定針對性的防松策略，為提升裝備的安全性而不斷努力。

而要想實現(xiàn)螺栓連接的防松，就應(yīng)該從螺栓的設(shè)計、制造以及使用等不同的階段分別進行松動的因素分析，從而快捷采取相應(yīng)措施。此外，對螺栓進行定期的檢查和保養(yǎng)也是一項必要且重要的防松手段，應(yīng)該引起相關(guān)工作人員的重視。