變速器輸出法蘭凸緣螺母夾緊力測定方法研究與應(yīng)用

楊溢 張建剛 王凱

摘 要：準(zhǔn)確地測定變速器輸出軸凸緣螺母的夾緊力，對于評估輸出軸的緊固性能是至關(guān)重要的。但通過傳統(tǒng)的超聲波進(jìn)行輸出軸夾緊力測定存在諸多困難。本文通過對副箱輸出結(jié)構(gòu)詳細(xì)研究，以里程表轉(zhuǎn)子的夾緊力-應(yīng)變?yōu)榛A(chǔ)，通過夾緊力標(biāo)定-數(shù)據(jù)處理-方法應(yīng)用三個(gè)步驟，得到了一套完整的輸出法蘭軸凸緣螺母的夾緊力測定方法。并將測定方法應(yīng)用于車間現(xiàn)場，得到了某型變速器輸出軸凸緣螺母的夾緊力值，并通過計(jì)算公式得到某型變速輸出軸凸緣螺母的K系數(shù)，為隨后評估法蘭的緊固性能提供重要參數(shù)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：變速器輸出軸法蘭;凸緣螺母;夾緊力;K系數(shù)

1 引言

夾緊力作為緊固性能的重要參數(shù)，對緊固性能起著決定性作用。夾緊力過大，會導(dǎo)致夾緊結(jié)構(gòu)的壓潰或螺栓斷裂，夾緊力過小會導(dǎo)致螺母松動緊固失效，因此對于緊固性能的評估的首要工作是夾緊力的測定。

準(zhǔn)確地測定變速器輸出軸凸緣螺母的夾緊力值，對于評估輸出軸法蘭的緊固性能有著至關(guān)重要的作用。但由于輸出軸的直徑較大，如采用常用的超聲波夾緊力測定方法測定其夾緊力，則會有以下問題，其一，由于我廠的變速器輸出軸的直徑較大，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)的剛度較大，那么在對其應(yīng)變-夾緊力標(biāo)定時(shí)，會存在標(biāo)定數(shù)據(jù)不準(zhǔn)的情況;其二，同樣由于直徑較大，在進(jìn)行超聲波測定時(shí)，其超聲波信號反射波長會存在較大差異，影響標(biāo)定結(jié)果?；谏鲜鲈?，通過超聲波測定輸出軸的夾緊力值是不可靠的。

通過對我廠的變速器輸出軸結(jié)構(gòu)的詳細(xì)研究分析，并結(jié)合有限元受力分析，最終發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)的變速器中里程表轉(zhuǎn)子前端面只與輸出法蘭接觸，后端面只與軸承內(nèi)圈接觸，在凸緣螺母擰緊時(shí)，里程表轉(zhuǎn)子受力簡單。以某型變速器為例，其輸出軸結(jié)構(gòu)見圖1，可看到，其里程表轉(zhuǎn)子受力簡單。

本測定方法以里程表轉(zhuǎn)子的受力及應(yīng)變測定為基礎(chǔ)，通過里程表轉(zhuǎn)子的夾緊力-應(yīng)變標(biāo)定得到相關(guān)應(yīng)變值，然后通過統(tǒng)計(jì)及數(shù)據(jù)處理方法得到準(zhǔn)確的夾緊力-應(yīng)變曲線，最后將標(biāo)定曲線應(yīng)用于現(xiàn)場夾緊力測定，得到變速器的輸出軸法蘭凸緣螺母的夾緊力值。并通過夾緊值計(jì)算結(jié)構(gòu)的K系數(shù)，為后期的緊固性能評估提供重要參數(shù)指導(dǎo)。

2 測定設(shè)備及內(nèi)容

2.1 測定設(shè)備

本次試驗(yàn)為里程表轉(zhuǎn)子的夾緊力-應(yīng)變標(biāo)定試驗(yàn)，采用的設(shè)備有250KN高頻壓力試驗(yàn)機(jī)、HBM數(shù)據(jù)采集設(shè)備、貼好應(yīng)變片的里程表轉(zhuǎn)子3個(gè)。

2.2 測定步驟

具體試驗(yàn)步驟如下，試驗(yàn)加載及應(yīng)變測定示意圖如圖3所示：

a.將貼好應(yīng)變片的里程表轉(zhuǎn)子裝入輸出軸結(jié)構(gòu)中，安裝法蘭盤，不安裝凸緣螺母;

b.將輸出軸結(jié)構(gòu)放到高頻壓力試驗(yàn)機(jī)中央位置，連接應(yīng)變數(shù)據(jù)采集設(shè)備，將測定應(yīng)變清零;

c.高頻壓力機(jī)對法蘭盤加載，按照每10KN為一增量步，從0KN加載到150KN，測定每次加載的應(yīng)變值;

d.壓力卸載，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子90°，重復(fù)c操作，再轉(zhuǎn)動兩次轉(zhuǎn)子完成c操作;

e.對其余兩轉(zhuǎn)子進(jìn)行同樣的應(yīng)變測定。

3 夾緊力-應(yīng)變數(shù)據(jù)處理

3.1 數(shù)據(jù)處理

本次標(biāo)定試驗(yàn)共得到，3個(gè)里程表轉(zhuǎn)子夾緊力-應(yīng)變數(shù)據(jù)180組，以采用測試結(jié)果3倍標(biāo)準(zhǔn)差離散度最小為數(shù)據(jù)分析目的，對上述180組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析梳理，采用線性回歸方法，得到轉(zhuǎn)子夾緊力-應(yīng)變標(biāo)定曲線y=-6.388x-0.001，其中y為應(yīng)變值，x為夾緊力值。

4 方法應(yīng)用

為了測定現(xiàn)場裝配按照450Nm的凸緣螺母夾緊力值，將已標(biāo)定的轉(zhuǎn)子安裝在裝配車間的主軸上，安裝450Nm要求，擰緊螺母，測定擰緊后的轉(zhuǎn)子應(yīng)變值，通過已有的標(biāo)定曲線，計(jì)算出現(xiàn)場的夾緊力值，本次測定了10臺次，車間測定如圖5所示，其夾緊力值及分析參數(shù)見表2。

由上述測定得到擰緊扭矩M=450Nm，夾緊力F=62.4KN，按照擰緊系數(shù)K=M/Fd得到K=0.144。按照VDI2230計(jì)算擰緊系數(shù)α=Fmax/Fmin=69.0/56.5=1.22<1.6，擰緊系數(shù)α符合VDI2230中規(guī)定的電動擰緊工具的α小于1.6的要求。

5 結(jié)論

本文通過標(biāo)定里程表轉(zhuǎn)子的夾緊力（x）-應(yīng)變（y）關(guān)系，得到關(guān)系曲線，通過關(guān)系曲線得到實(shí)際裝配夾緊力值，共完成了以下幾點(diǎn)工作：

（1）得到夾緊力（x）-應(yīng)變（y）關(guān)系曲線y=-6.388x-0.001;（2）運(yùn)用標(biāo)定曲線計(jì)算得到車間現(xiàn)場某型變速器擰緊的凸緣螺母夾緊力的均值為62.4KN，根據(jù)公式得到其擰緊系數(shù)K=0.144;（3）根據(jù)VDI2230計(jì)算得到擰緊系數(shù)α=1.22，滿足VDI2230中規(guī)定的電動擰緊工具的α<1.6的要求;（4）為相似結(jié)構(gòu)的夾緊力的測定提供了方法參考指導(dǎo)，為公司節(jié)約了委托外單位的研發(fā)測定夾緊力的經(jīng)費(fèi)開支。

總之，通過上述工作，找到了一種測定凸緣螺母的夾緊力測定方法，得到現(xiàn)場某型變速器凸緣螺母的夾緊力值，為隨后的法蘭緊固性能的評估提供了有力的數(shù)據(jù)保證。

參考文獻(xiàn)：

[1]VDI2230 第一部分 高強(qiáng)度螺栓連接的系統(tǒng)計(jì)算.

[2]副箱分裝工位螺栓擰緊測試分析，阿特拉斯 科普柯.