某車型備輪架翻轉(zhuǎn)臂鎖緊螺栓失效問題分析與解決

閆柱，靳云云，趙明，余超

（1.陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200；2.陜西保利特種車有限公司，陜西 西安 710200）

1 問題的提出

根據(jù)我公司售后市場及某上裝單位問題反饋，我公司某車型新定型的備輪架翻轉(zhuǎn)臂鎖緊螺栓使用過程中批量性存在松動、甚至脫落、斷裂的問題，嚴重情況下有致使車輛翻轉(zhuǎn)臂斷裂的重大風(fēng)險，初步原因分析為該處螺栓擰緊力矩不足導(dǎo)致上述問題的發(fā)生。

2 現(xiàn)狀分析

2.1 按照圖紙中所要求的力矩進行緊固（螺栓規(guī)格為Q150B16100，緊固力矩為202Nm±20Nm），但在螺栓緊固過程中發(fā)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)臂矩形鋼及平墊圈在鎖緊螺栓未達到所要求的力矩時已經(jīng)出現(xiàn)內(nèi)凹變形的現(xiàn)象。2.2 經(jīng)試驗分析認為研究院此處選用的平墊圈強度不足，隨將此處平墊圈增加為2個進行力矩復(fù)緊試驗，依然出現(xiàn)在力矩未達到要求時墊圈變形、翻轉(zhuǎn)臂矩形鋼一起內(nèi)凹變形的問題。初步方案，將此處墊圈更換為某型厚墊塊，擰緊力矩按202Nm±20Nm擰緊后未發(fā)現(xiàn)厚墊塊及翻轉(zhuǎn)臂矩形鋼內(nèi)凹變形現(xiàn)象。

圖1

2.3 為驗證更換厚墊塊后的效果，對裝配厚墊塊的1輛份某車型進行1500Km道路試驗，試驗過程中對鎖緊螺栓力矩值進行測量，結(jié)果如下：

表1

試驗結(jié)果表明鎖緊螺栓初始緊固力矩符合設(shè)計要求，但車輛長距離運行后螺栓依然存在松動的問題。初步分析結(jié)果認為，螺栓松脫主要原因不在于緊固力矩不達標，而在于鎖緊螺栓在車輛行駛過程中因翻轉(zhuǎn)臂軸向與徑向運動導(dǎo)致松動。

2.4 為進一步對上述結(jié)論進行批量性驗證，同時對備輪架鎖緊螺栓和封板螺紋及備胎磨損進行分析，對20輛發(fā)運至上裝廠家的某車型隨車跟蹤監(jiān)測備輪架鎖緊螺栓力矩實時情況。其中10輛份所用平墊圈為Q40130（較薄），初始螺栓擰緊力矩為140Nm±14Nm，10輛使用厚墊塊，初始螺栓擰緊力矩為202Nm±20N。終點處將部分車輛備輪架鎖緊螺栓拆卸后發(fā)現(xiàn)少量螺栓螺紋有輕微磨損。備輪架搖臂磨損嚴重，如圖所示。

圖2

2.5 經(jīng)過1500Km高速路試及1600Km的綜合路面測試，發(fā)現(xiàn)備輪架鎖緊螺栓力矩達到設(shè)計要求（即202Nm±20Nm），也無法防止螺栓松脫，且鎖緊螺栓松脫后極易造成斷裂。從實測螺栓力矩數(shù)據(jù)、螺紋損傷情況及備輪架立柱磨損情況進行分析，車輛在行駛過程中，由于備輪在空間多維度的運動，既有縱向晃動，還有橫向的晃動，且晃動幅度與頻率與路況、車速均有關(guān)系，導(dǎo)致螺栓易松脫，使螺栓易從螺紋孔中旋出，螺栓旋出后力矩越來越小，備輪架晃動幅度越來越大，矩形方鋼的中空結(jié)構(gòu)和長條孔結(jié)構(gòu)極易造成松動的螺栓斷裂及備輪架立柱封板處螺紋損壞。

備輪架在車輛行駛過程中上下及前后均有晃動，此結(jié)構(gòu)為懸臂梁結(jié)構(gòu)，所有受力均集中在鎖緊螺栓處，鎖緊螺栓在車輛行駛過程中隨著備輪架的上下前后晃動而晃動，如此方式極易使螺紋受損直至螺栓斷裂。受力簡圖如圖所示。

圖3

此外，從備輪架固定叉處磨損情況來看，受長期不斷的磨損，備輪架翻轉(zhuǎn)臂斷裂的風(fēng)險極大。

3 改進方案及結(jié)論

經(jīng)過數(shù)據(jù)分析可以判斷出，鎖緊螺栓松脫及斷裂根本原因不在于初始擰緊力矩不達標，而在于備輪架鎖緊結(jié)構(gòu)本身，在車輛行駛過程中由于晃動而使螺栓逐漸松脫，因此首先要解決的是防松問題。

針對螺紋副的松動，設(shè)計了增加防松支架、更改鎖緊螺栓緊固方向、增加蝶形彈簧三種防松方案，經(jīng)路試效果對比驗證，最終采用在該車型備輪架翻轉(zhuǎn)臂鎖緊螺栓處使用厚墊塊并增加碟形彈簧防松，并將螺栓加長至 105mm（原長100mm）。鎖緊螺栓在初始緊固力矩達到150Nm條件下，路試1000Km拆卸螺栓后，封板螺紋及螺栓螺紋未見明顯損傷，且碟簧無明顯變形，從備輪架磨損情況來看，備輪架晃動幅度較小，說明此種固定方式可有效鎖緊并防止力矩衰減。