分體式軸箱體螺栓緊固工藝研究

魏垂裕 隋靖

摘要：軸箱體是高速動車組列車的關鍵零部件，在鐵路運輸中起著重要作用，是車輛安全穩(wěn)定運行的基本保障。因為螺栓緊固過程中各螺栓間的相互彈性作用，本文主要研究分體式軸箱體螺栓緊固工藝，尋找出對軸箱組裝尺寸影響最小的螺栓緊固方法。

關鍵詞：動車組;分體式軸箱體;螺栓緊固方法

1.引言

近年來，隨著高速動車組列車的不斷發(fā)展，高速動車組列車已成為人們出行的主要工具之一，車輛速度越高，其各零部件的服役環(huán)境越惡劣，對其安全性與可靠性的要求就越高。軸箱體安裝在鐵路車輛車軸的兩端軸頸上，聯(lián)結輪對和轉(zhuǎn)向架構架，是鐵路列車保證舒適和安全的關鍵部件之一。目前部分高速動車組列車采用分體式軸箱體的結構，但軸箱體軸承孔尺寸不穩(wěn)定，易發(fā)生變形，導致列車的制造成本提高，生產(chǎn)周期加長。分體式軸箱體設計采用上、下箱體組合的結構形式，通過六顆螺栓連接箱體的上下兩部分。本文旨在研究螺栓組裝過程對軸箱體尺寸形變的影響，提出解決措施，提高分體式軸箱體組裝的合格率。

2.螺栓預緊力分析

螺栓預緊能夠提高聯(lián)接的可靠性、防松能力，加強聯(lián)接的緊密性和剛性，避免被聯(lián)接件間在受載后出現(xiàn)相對位移，而且當被連接件受變載荷時還能夠提高螺紋聯(lián)接的疲勞強度。因此，確定螺栓的預緊力是相當重要的。

螺栓和螺母擰緊連接時受力分析如圖1所示，由受力分析可知，擰緊力矩Tt 主要用于兩部分：一部分克服螺紋副摩擦力矩T1;另一部分克服螺母支承面力矩T2，如圖1-a所示。擰緊過程中，螺母通過力的相互作用將力矩傳遞到螺栓，并與螺栓頭表面的支承面力矩T3和夾持力矩T4保持平衡，見圖1-b所示。

3.軸箱體螺栓擰緊方法

目前，在動車組制造企業(yè)的實際生產(chǎn)中，螺栓連接擰緊的主要方法有扭矩法、扭矩-轉(zhuǎn)角法、屈服點法和伸長量法。下面對這幾種擰緊方法進行分析。

3.1扭矩法

扭矩法是目前最普遍的螺栓擰緊方法。扭矩法的工作原理是根據(jù)擰緊螺栓的扭矩與預緊力在彈性區(qū)域內(nèi)呈線性關系，按照控制扭矩來實現(xiàn)控制螺栓預緊力的方法以達到擰緊的目的。

3.2扭矩-轉(zhuǎn)角法

扭矩-轉(zhuǎn)角法是先將螺栓擰緊到一定的初始扭矩后，然后再接著擰緊螺栓使其轉(zhuǎn)動一個角度，此方法相當于在扭矩法擰緊螺栓的基礎上再擰緊一個角度，以達到所需的預緊力。

3.3屈服點法

屈服點法是使用計算機實時監(jiān)控擰緊過程中螺栓扭矩與轉(zhuǎn)角的關系，計算扭矩-轉(zhuǎn)角曲線的斜率并繪制出圖，通過斜率的變化來確定屈服點。當斜率出現(xiàn)明顯下降時，螺栓達到屈服點，計算機就會發(fā)出信號，停止螺栓的擰緊過程。

3.4伸長量法

伸長量法是在螺栓擰緊過程中，使用測微儀等儀器直接測量出螺栓的伸長量。通過這種方法控制伸長量來達到控制預緊力的目的。

4.軸箱體螺栓的擰緊順序試驗

為了驗證螺栓組擰緊順序?qū)Ψ煮w式軸箱體軸承孔尺寸穩(wěn)定性的影響，運用實驗法對軸箱體螺栓組擰緊順序進行研究。在3節(jié)中我們分析了目前螺栓常用的擰緊方法，每種擰緊方法都各有其優(yōu)缺點，扭距法操作簡單便捷，不必采用高精密儀器與設備，只需通過普通的扭矩扳手進行螺栓的擰緊，且對于有操作空間限制的裝配，也能實現(xiàn)螺栓的擰緊，并且還可以通過選用高規(guī)格的扭矩扳手來提高擰緊精度。因此，結合實驗條件與實驗成本，本實驗選用扭矩法進行分體式軸箱體螺栓組擰緊實驗。

對螺栓進行標號如圖2所示。本文采用四種擰緊順序?qū)S箱體螺栓組擰緊工藝的影響進行分析，分別為順序一：依次擰緊 1-2-3-4-5-6，順序二：對角擰緊 2-5-1-4-3-6，順序三：對角擰緊1-4-3-6-2-5，順序四：同時擰緊。

通過一次擰緊的方式進行軸箱體螺栓組的擰緊實驗，分析螺栓組裝配順序?qū)Ψ煮w式軸箱體軸承孔尺寸穩(wěn)定性的影響。每次擰緊實驗后，檢測不同擰緊順序所對應的軸承孔不同截面、不同深度位置的尺寸，通過檢測螺栓不同擰緊順序下軸箱體變形可以看出：四種擰緊順序中，軸箱體變形最小的是順序四同時擰緊，其次是對角擰緊順序二、順序三，順序一依次擰緊發(fā)生的變形最大。對每一軸箱體整體來說，螺栓處較其他位置變形更大，其他位置的變形非常微小。

5.結 語

本文首先進行了螺栓預緊力分析，闡述了螺栓緊固的幾種方法。通過試驗對比螺栓依次擰緊、對角擰緊、同時擰緊時對軸箱體軸承孔尺寸的影響，得出同時擰緊好于對角擰緊，對角擰緊好于依次擰緊。通過螺栓組擰緊實驗得出，采用對角擰緊對軸承孔尺寸的穩(wěn)定性好于依次擰緊，軸承孔變形更小。采用手工裝配螺栓組的方式下，使軸箱體軸承孔變形最小的螺栓組擰緊順序為對角擰緊 2-5-1-4-3-6。通過此順序進行軸箱體螺栓緊固，可以提高分體式軸箱體組裝的合格率，提升動車組制造質(zhì)量水平。

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