交叉桿組成端頭內(nèi)螺紋組裝工藝淺析

鄒建美 余志清 張學(xué)云 吳玉川 姚毅

摘要：針對(duì)轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架交叉桿組成端頭內(nèi)螺紋存在損壞和應(yīng)用過(guò)程中螺栓松脫問(wèn)題，對(duì)交叉桿端頭內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)特征、目前的成品檢測(cè)、組裝進(jìn)行詳細(xì)的工藝性分析研究比較，并提出了自己的淺見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：螺紋結(jié)構(gòu)特點(diǎn);施必牢;檢測(cè);計(jì)算比較

中圖分類號(hào)：U270.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）05-0031-02

0? 引言

交叉桿組成是轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵零部件之一，在生產(chǎn)過(guò)程中常出現(xiàn)交叉桿組成端頭內(nèi)螺紋和螺栓外螺紋破壞的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架的生產(chǎn)次序及工藝質(zhì)量控制;同時(shí)在鐵路貨車運(yùn)用過(guò)程中，也曾出現(xiàn)過(guò)交叉桿組裝螺栓脫落事故，威脅到貨車運(yùn)行安全。因此，有必要對(duì)交叉桿組成端頭內(nèi)螺紋狀況和組裝等做全面的工藝性分析研究。

1? 交叉桿組成端頭內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)

交叉桿組成端頭內(nèi)螺紋，原為普通M24×3內(nèi)螺紋，為了提高我國(guó)鐵路貨車轉(zhuǎn)向架交叉支撐裝置組裝的可靠性和運(yùn)用安全性，中車齊車公司引進(jìn)了美國(guó)施必牢公司（英文名稱Spiralock Corporation，簡(jiǎn)化為SPL）的專利技術(shù)，是一種獨(dú)特設(shè)計(jì)的，有預(yù)加載鎖緊的內(nèi)（母）螺紋結(jié)構(gòu)，它具有防螺紋松脫的抗橫向振動(dòng)的異常能力。

2? 施必牢（SPL）螺紋特點(diǎn)分析

施必牢（SPL）螺紋與標(biāo)準(zhǔn)螺紋相比較，各螺紋扣載荷均勻。使用施必牢（SPL）內(nèi)螺紋可不再需要任何其它螺紋防松方法，如鎖緊墊片、螺紋膠、銷或填入物等。其所以能有鎖緊的作用，完全是依賴其母螺紋的幾何形狀。

如圖1所示[1]，為施必牢（SPL）內(nèi)螺紋牙型和普通內(nèi)螺紋牙型受力圖示，施必牢（SPL）內(nèi)螺紋一般均與普通外螺紋匹配，特點(diǎn)是在內(nèi)螺紋的牙底處有一個(gè)30°的楔形斜面，當(dāng)螺栓螺母相互擰緊時(shí)，螺栓的牙尖就緊緊地頂在施必牢螺紋的楔形斜面上，從而產(chǎn)生了較大的鎖緊力。由于牙形的角度改變，使施加在螺紋間接觸所產(chǎn)生的法向力與螺栓軸成60°角，而不是象普通螺紋那樣的30°角。顯然施必牢（SPL）螺紋法向壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于扣緊壓力，因此，所產(chǎn)生的防松摩擦力也就必然大大增加。正由于施必牢（SPL）螺紋由于牙底有一個(gè)30°角的楔形斜面，其法向壓力的角度、大小均有改變，法向壓力P=2Pɑ。這樣，施必牢（SPL）螺紋與傳統(tǒng)60°螺紋，二者的法向壓力之比≈12∶7，施必牢螺紋的防松摩擦力相應(yīng)地增加了。施必牢（SPL）螺紋的楔形面還可以消除普通螺紋受力不均勻、脫扣咬死等問(wèn)題。普通常規(guī)的60°V形螺紋，在其第一螺紋嚙合面和第二螺紋嚙合面承載了70-80%的負(fù)荷，而以后幾個(gè)嚙合面承受的負(fù)荷很少。這樣，普通螺紋緊固件在工作振動(dòng)負(fù)荷條件下，就很容易克服螺紋接觸面上的鎖緊力而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而松脫。施必牢（Spiralock）內(nèi)螺紋有可靠的抗震防松性能，也可重復(fù)使用。

3? 施必牢內(nèi)螺紋檢驗(yàn)技術(shù)要求

由于施必牢螺紋的牙形特殊，因此，施必牢螺母內(nèi)螺紋的檢測(cè)必須使用美國(guó)施必牢專用螺紋塞規(guī)。專用螺紋塞規(guī)為三件一套：它包括一支通規(guī)，一支斜面止規(guī)及一支中徑止規(guī)。施必牢量規(guī)進(jìn)入所測(cè)量的螺母的方向應(yīng)與螺栓進(jìn)入螺母的方向相同。施必牢螺紋塞規(guī)是有專利的量具，塞規(guī)的精確度應(yīng)符合美國(guó)軍工產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范。

4? 交叉桿組成端頭內(nèi)螺紋加工成品現(xiàn)狀

端頭內(nèi)螺紋M24×3檢查用通止塞規(guī)是通過(guò)外商從美國(guó)施必牢公司采購(gòu)，但施必牢公司不提供配套計(jì)量檢測(cè)用環(huán)規(guī)，全路多數(shù)交叉桿組成制造單位和使用單位暫時(shí)還沒(méi)有統(tǒng)一對(duì)通止塞規(guī)的計(jì)量方法。為了更進(jìn)一步了解施必牢內(nèi)螺紋的結(jié)構(gòu)特征，對(duì)組裝生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的交叉桿組成進(jìn)行了抽樣，采用施必牢的M24內(nèi)螺紋通止規(guī)按照檢查要求分別對(duì)兩兄弟廠家（A和B）制造的交叉桿組成成品內(nèi)螺紋進(jìn)行了通止檢查各10件，所有內(nèi)螺紋通止檢查均為“合格”。再在其中抽樣將內(nèi)螺紋進(jìn)行剖解加工后，送公司檢測(cè)中心進(jìn)行牙型檢測(cè)分析，檢測(cè)報(bào)告為：廠家標(biāo)識(shí)為“A”的交叉桿端頭內(nèi)螺紋M24牙型參見(jiàn)圖2所示，廠家標(biāo)識(shí)為“B”的的交叉桿端頭內(nèi)螺紋M24牙型參見(jiàn)如圖3所示。從檢測(cè)報(bào)告中的圖示可以看出，圖2所表現(xiàn)的螺紋外形曲線與施必牢（SPL）內(nèi)螺紋牙型曲線特征相似，圖3所表現(xiàn)的螺紋外形曲線與普通粗內(nèi)螺紋牙型特征相似。可見(jiàn)，雖然用專用通止塞規(guī)檢測(cè)合格的產(chǎn)品，但兩種交叉桿端頭內(nèi)螺紋牙型存在差異。

5? 交叉支撐裝置螺栓組裝參數(shù)

交叉桿螺栓組裝零部件如圖4所示，其組裝流程為：交叉桿端頭→橡膠墊→保持環(huán)→支撐座→保持環(huán)→橡膠墊→鎖緊板→標(biāo)志板→雙耳墊圈→螺栓。

5.1 交叉支撐裝置螺栓組裝用零部件主要尺寸及參數(shù)見(jiàn)表1。

5.2 參數(shù)計(jì)算

5.2.1 有效螺紋配合長(zhǎng)度計(jì)算

螺栓組裝理論配合長(zhǎng)度為140-2-0.5-10-（22.3×2）-24.16=58.74mm，除去交叉桿端沉孔深25.4mm，所以有效螺紋配合長(zhǎng)度為：

58.74-25.4=33.34mm

5.2.2 軸向力計(jì)算

螺栓擰緊力矩T（N.mm）：T=K×F0×d（N.mm）（1）[2]

其中：K—擰緊力矩系數(shù);F0—軸向力;d—螺紋公稱直徑（mm）。

擰緊力矩系數(shù)K=×tg（φ+ρv）+×（2）[2]

其中：d2—螺紋中徑;φ—螺紋升角;ρv—螺紋當(dāng)量摩擦角，ρv=arctg fv;DW—螺栓頭部?jī)?nèi)側(cè)凸臺(tái)直徑;d0—雙耳墊圈孔徑，取？準(zhǔn)26mm;fv—螺紋當(dāng)量摩擦系數(shù)，取0.15;??????????????? f—螺母與被連接件支撐面之間的摩擦系數(shù)，取0.15。

螺紋升角通過(guò)tgφ=s/πd2， （s為螺紋節(jié)距）

φ=arctg==2.48°

螺紋當(dāng)量摩擦角，ρv=arctg fv=arctg 0.15=8.53°

按照交叉支撐裝置產(chǎn)品圖QCZ133-70-00技術(shù)條件要求“2”，交叉桿軸端螺栓擰緊力矩T為675～700N.m;將以上所有數(shù)據(jù)代入公式（2）計(jì)算得K的值，再將T、K、d值代入公式（1），計(jì)算得：螺栓組裝軸向力F0≈6326.65～78257.25N≈63～78kN。

交叉支撐裝置螺栓組裝情況，橡膠墊在支撐座內(nèi)外側(cè)各一個(gè)，單個(gè)橡膠墊厚度24.8mm，組裝完成后厚度約為22.3mm，壓縮約2.5mm。

參見(jiàn)圖5的檢測(cè)報(bào)告，1件橡膠墊載荷35.4kN時(shí)位移2.24mm，第2件橡膠墊載荷35.7kN時(shí)位移2.28mm。螺栓組裝時(shí)，2件橡膠墊各壓縮2.5mm，軸向壓力實(shí)際應(yīng)在：2×35.4kN=70.8kN，與上面的軸向力計(jì)算結(jié)果基本吻合。

6? 結(jié)論

從以上情況可以看出，為了更好地應(yīng)用好施必牢防松防振內(nèi)螺紋，使其在轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架交叉支撐裝置零部件中發(fā)揮更加良好的作用，提升轉(zhuǎn)向架運(yùn)用性能，還應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：①規(guī)范交端頭內(nèi)螺紋的加工工藝，嚴(yán)格按照施必牢內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)技術(shù)要求進(jìn)行加工，使交叉桿端頭內(nèi)螺紋更加符合施必牢技術(shù)特征和技術(shù)條件，在運(yùn)用中發(fā)揮其特有的功能和優(yōu)點(diǎn);②進(jìn)一步規(guī)范施必牢防松內(nèi)螺紋M24×3檢查用通止塞規(guī)的管理，制訂統(tǒng)一的通止塞規(guī)周期計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)和方法，更有效地監(jiān)督控制交叉桿端頭內(nèi)螺紋加工質(zhì)量;③嚴(yán)格按照交叉支撐裝置組裝技術(shù)條件進(jìn)行組裝，控制交叉桿軸端螺栓組裝扭矩在675～700N.m范圍內(nèi)。

參考文獻(xiàn)：

[1]美國(guó)施必牢公司（Spiralock Corporation）內(nèi)螺紋（螺母）專利技術(shù)簡(jiǎn)介.

[2]成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].第3版，第2卷.