重卡的主要連接方式為螺栓連接, 且緊固件品種和匹配方式較多。通過橫向振動試驗,對比分析后提出緊固件匹配優化建議。
　　目前,重卡各總成和零部件之間的主要連接方式仍然是螺栓連接,因為螺栓連接的標準性、通用性和互換性,使得螺栓連接應用廣泛且成本較低。

　　但同時也存在匹配品種較多的問題,造成不同匹配之間的緊固特性和防松性能不同,因而導致螺栓松動,造成連接失效。

　　螺栓松動原因較復雜,除了與制造、熱處理、涂覆工藝過程有關,還與連接間夾緊力衰減速度和幅度密切相關,因此有必要研究螺栓螺母的匹配特性,采用合理的匹配來提升螺紋副防松性能并減少緊固件品種。

　　重卡常用的高強度螺栓有六角頭和法蘭面(帶齒或不帶齒),常用的螺母有非金屬嵌件(尼龍)鎖緊螺母、彈性圈(簧片)鎖緊螺母、法蘭面螺母和施必牢(變牙型)螺母等。

　　為對比驗證各種匹配組合的防松性能,采用國際通用和國標推薦的螺紋副橫向振動測試儀進行試驗對比,分析試驗數據。
　　1、試驗概況
　　1.1 M18螺栓與不同螺母匹配
　　以M18×2的六角頭鍍鋅螺栓為例,分別與施必牢螺母、簧片鎖緊螺母、尼龍鎖緊螺母匹配擰緊后進行振動試驗。
　　根據標準要求和試驗方案,螺母按設定的夾緊力擰緊后,儀器在振動過程中將實時記錄初始夾緊力和振動結束時的剩余夾緊力,通過剩余與初始夾緊力百分比來判定試驗樣件的防松性能差異。

圖1 緊固件橫向振動測試儀 (GB/T 10431-2008)

　　試驗預設相同夾緊力,每種螺母在相同夾緊力情況下進行兩組試驗。數據如下:

圖2 M18螺栓與不同鎖緊螺母

　　從表中可看出,相同夾緊力情況下,尼龍鎖緊螺母在振動結束時的夾緊力衰減最小。

　　表1 不同類型鎖緊螺母的試驗數據

1.2 不同涂層車輪螺栓與車輪螺母匹配

　　車輪螺栓規格為M22×1.5-10.9,為驗證不同表面涂層對螺栓防松的影響,準備了磷化和鍍鋅螺栓螺母,分別進行振動試驗,得出對比數據。

圖3 試驗用車輪螺栓、螺母

　　以下是磷化和鍍鋅各兩組試驗數據:

　　表2 不同表面處理方式匹配試驗
從表中數據可知,同樣夾緊力情況下,磷化螺栓螺母夾緊力衰減更大。

　　1.3 彈簧墊圈、楔形墊圈與螺栓匹配

圖4 彈簧墊圈和防松墊圈

　　使用M18×1.5-10.9六角頭螺栓和M18×1.5-10六角頭螺母,在螺母端加入墊圈后擰緊。以下是分別進行橫向振動得到的數據:

　　表3 不同墊圈匹配試驗數據
從表中數據看出,相同夾緊力時,楔形墊圈的夾緊力衰減更小。

　　2、分析總結
　　試驗按照國標要求進行,采用試驗設備擰緊螺母,振動1500次即自動停止。根據試驗數據,對試驗總結如下:

　　2.1 緊固件品種過多
　　不利于采購管理、生產組織、質量控制和售后服務,應減少品種。例如在不經常拆卸的部位,可以多選用六角頭螺栓和自鎖螺母匹配,提升防脫能力。

　　而在經常拆卸的部位,可選用六角頭螺栓與施必牢螺母匹配,通過增大螺紋副間的鎖緊力和摩擦力防止軸力快速衰減。

　　2.2 楔形墊圈因為楔形角大于螺紋螺旋升角

　　當螺母有松退趨勢時,墊圈會補償間隙而保證軸向力不會大幅衰減,是結構防松而非摩擦防松。
　　因此,采用楔形防松墊圈后,配合普通螺母即可, 雖然增加了墊圈,但是螺栓螺母的品種減少了。

　　2.3 試驗證明
　　高強度螺栓因為軸向夾緊力較大,彈簧墊圈在安裝時已經被壓平變為平墊圈,彈性防松性能無法體現。

　　2.4 試驗發現
　　磷化高強度螺栓螺母連接在橫向振動時,夾緊力衰減較大,分析其原因可能是磷化表面摩擦系數較低造成的。

　　3、結束語
　　高強度螺栓連接中,直徑M14以上或扭矩200Nm以上無須使用彈簧墊圈防松。
　　磷化螺栓在實際使用中會涂油防銹,因此更不利于防松。不建議高強度螺栓螺母采用磷化表面處理。
　　關鍵部位的緊固件匹配,不但要考慮防松,還應增加防脫功能。所以應做好結構防松方式的研究推廣,降低緊固件摩擦系數散差大的不利影響。