螺紋緊固件擰緊方法在轉(zhuǎn)向架零部件組裝的應(yīng)用

尹曉亮 劉孝峰 韓燁 李志浩 馮良波

摘要：轉(zhuǎn)向架等零部件作為列車的走行部，直接影著行車安全和運(yùn)營(yíng)可靠性，而零部件裝配螺栓的擰緊工藝在組裝過(guò)程中的作用至關(guān)重要。本文介紹了螺栓擰緊工藝在轉(zhuǎn)向架零部件組裝過(guò)程中的典型應(yīng)用案例，并對(duì)比其擰緊方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：工藝;轉(zhuǎn)向架;螺紋;緊固件

1、簡(jiǎn)介

轉(zhuǎn)向架的是由多種零件連接（即組裝）起來(lái)的，而零件的連接有多種，采用螺栓連接就是其中最常用的一種，而欲采用螺栓連接就必須應(yīng)用擰緊，因而這“擰緊”也就成了轉(zhuǎn)向架裝配工作中應(yīng)用得極為廣泛的概念。采用螺栓連接的目的就是要使兩被連接體緊密貼合，并為承受一定的動(dòng)載荷，還需要兩被連接體間具備足夠的壓緊力，以確保被連接零件的可靠連接和正常工作。這樣就要求作為連接用的螺栓，在擰緊后要具有足夠的軸向預(yù)緊力（即軸向拉應(yīng)力）。然而這些力的施加，也都是依靠“擰緊”來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

2.螺栓擰緊的方法的介紹

1.扭矩控制法（T）：扭矩控制法是最開(kāi)始同時(shí)也是最簡(jiǎn)單的控制方法，它是當(dāng)擰緊扭矩達(dá)到某一設(shè)定的控制值Tc時(shí)，立即停止擰緊的控制方法。它是基于當(dāng)螺紋連接時(shí)，螺栓軸向預(yù)緊力F與擰緊時(shí)所施加的擰緊扭矩T成正比的關(guān)系。

它們之間的關(guān)系可用：T =K F 來(lái)表示。其中K為扭矩系數(shù)，其值大小主要由接觸面之間、螺紋牙之間的摩擦阻力Fμ來(lái)決定。在實(shí)際應(yīng)用中，K值的大小常用下列公式計(jì)算：K=0.161p+0.585μd2+0.25μ（De+Di）

其中：p為螺紋的螺距;μ為綜合摩擦系數(shù);d2為螺紋的中徑;De為支承面的有效外徑;Di為支承面的內(nèi)徑。

有試驗(yàn)證明，一般情況下，K值大約在0.2-0.4之間，然而，有的甚至可能在0.1-0.5之間。故摩擦阻力的變化對(duì)所獲得的螺栓軸向預(yù)緊力影響較大，相同的扭矩?cái)Q緊兩個(gè)不同摩擦阻力的連接時(shí)，所獲得的螺栓軸向預(yù)緊力相差很大。

此外，由于測(cè)量方法的不同，測(cè)量時(shí)環(huán)境溫度的不同等，對(duì)扭矩系數(shù)K也有很大的影響，從而更加增大了F的離散度。日本住友金屬工業(yè)公司通過(guò)試驗(yàn)說(shuō)明了環(huán)境溫度每增加1℃，其扭矩系數(shù)K就下降0.31%。有試驗(yàn)表明，在擰緊轉(zhuǎn)向架牽引電機(jī)通風(fēng)蓋板的螺栓時(shí)，用相同的扭矩?cái)Q緊，其螺栓軸向預(yù)緊力的數(shù)值相差最大可能達(dá)一倍。

扭矩控制法的優(yōu)點(diǎn)是：控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，易于用扭矩傳感器或高精度的扭矩扳手來(lái)檢查擰緊的質(zhì)量。其缺點(diǎn)是：螺栓軸向預(yù)緊力的控制精度不高，不能充分利用材料的潛力。

2.扭矩—轉(zhuǎn)角控制法（TA）：又稱超彈性控制法扭矩—轉(zhuǎn)角控制法是在扭矩控制法上發(fā)展起來(lái)的，應(yīng)用這種方法，首先是把螺栓擰到一個(gè)不大的扭矩后，再?gòu)拇它c(diǎn)始，擰一個(gè)規(guī)定的轉(zhuǎn)角的控制方法。它是基于的一定轉(zhuǎn)角，使螺栓產(chǎn)生一定的軸向伸長(zhǎng)及連接件被壓縮，其結(jié)果產(chǎn)生一定的螺栓軸向預(yù)緊力的關(guān)系。應(yīng)用這種方法擰在轉(zhuǎn)向架輪裝制動(dòng)盤螺栓時(shí)，采用雙頭電動(dòng)擰緊工藝，當(dāng)2條對(duì)角緊固的螺栓力矩達(dá)到15±1Nm范圍內(nèi)時(shí)程序開(kāi)始啟動(dòng)計(jì)算螺栓轉(zhuǎn)角，電子力矩扳手對(duì)螺栓的轉(zhuǎn)角進(jìn)行計(jì)算和判斷。當(dāng)螺栓旋轉(zhuǎn)至32.5°±5%度時(shí)開(kāi)始判斷力矩值，最終緊固后的力矩值在130-190Nm之間判定為合格。這是扭矩—轉(zhuǎn)角控制法在轉(zhuǎn)向架零部件上典型的應(yīng)用案例。其與扭矩控制法最大的不同在于：扭矩控制法通常將最大螺栓軸向預(yù)緊力限定在螺栓彈性極限的90%處，而扭矩—轉(zhuǎn)角控制法最理想的是控制在屈服點(diǎn)偏后。扭矩—轉(zhuǎn)角控制法螺栓軸向預(yù)緊力的精度是非常高的。扭矩—轉(zhuǎn)角控制法的優(yōu)點(diǎn)是：螺栓軸向預(yù)緊力精度高，可以獲得較大的螺栓軸向預(yù)緊力，且其數(shù)值可集中分布在平均值附近。其缺點(diǎn)是：控制系統(tǒng)較復(fù)雜，要測(cè)量扭矩和轉(zhuǎn)角兩個(gè)參數(shù)，質(zhì)量部門不易找出適當(dāng)?shù)姆椒▽?duì)擰緊結(jié)果進(jìn)行檢查。

3 結(jié)束語(yǔ)

螺紋緊固件是機(jī)械基礎(chǔ)件中最廣泛采用的緊固聯(lián)接零件之一，具有較強(qiáng)的通用性、可靠性、互換性。而如果選擇不當(dāng)，擰緊不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致聯(lián)接件的松動(dòng)、實(shí)效、損壞，造成設(shè)備停機(jī)，列車停運(yùn)，甚至車毀人亡的重大人身財(cái)產(chǎn)損失，深入研究螺紋緊固件擰緊方法在轉(zhuǎn)向架零部件組裝的應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐中是至關(guān)重要的。

參考文獻(xiàn)

[1]螺紋緊固件聯(lián)接工程 [日] 酒井智次 著 機(jī)械工業(yè)出版社

[2]動(dòng)、靜態(tài)扭矩在汽車裝配扭矩控制中的應(yīng)用??《汽車工藝與材料》2010年第4期

[3]DIN25202?軌道車輛螺釘連接的保險(xiǎn)預(yù)應(yīng)力及扭緊力矩

[4]GB/T16823.2-1997?螺紋緊固件緊固通則

[5]GB/T16938-2008?緊固件 螺栓、螺釘、螺柱和螺母通用技術(shù)條件

作者簡(jiǎn)介：尹曉亮（1980-），男，高級(jí)工程師，碩士。

劉孝峰（1975-），男，教授級(jí)高級(jí)工程師，本科。

韓燁（1981-），男，高級(jí)工程師，碩士。

（作者單位：中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司）