某輕型卡車后橋車輪螺栓松動(dòng)問(wèn)題分析及優(yōu)化

向 莎

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某輕型卡車后橋車輪螺栓松動(dòng)問(wèn)題分析及優(yōu)化

向 莎

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

本文主要通過(guò)對(duì)某輕型卡車后橋車輪螺栓松動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行分析，找出了松動(dòng)產(chǎn)生的原因和機(jī)理，并相應(yīng)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)。最后對(duì)改進(jìn)設(shè)計(jì)的樣件進(jìn)行了實(shí)物驗(yàn)證，證明了改進(jìn)是有效的。通過(guò)本次故障分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，也為同類結(jié)構(gòu)的車輪螺栓設(shè)計(jì)提供了幾個(gè)關(guān)鍵控制因素，為解決同類問(wèn)題提供可供參考的思路。

車輪螺栓；滾花；過(guò)盈量

CLC NO.:U466Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)07-82-03

引言

車輪螺栓是后橋上一個(gè)十分重要的緊固件，通過(guò)車輪螺母將車輪總成固定在后橋上，使車輪實(shí)現(xiàn)其承載和傳遞動(dòng)力的作用。某輕型卡車經(jīng)過(guò)3000km高環(huán)試驗(yàn)后，拆解車輪對(duì)制動(dòng)器進(jìn)行例行檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)車輪螺栓松動(dòng)、跟轉(zhuǎn)，車輪無(wú)法拆解。本文通過(guò)對(duì)車輪螺栓松動(dòng)的分析，探究其故障原因，并提出優(yōu)化措施，為解決類似問(wèn)題提供一條可參考的途徑。

1、后橋車輪螺栓松動(dòng)分析

本次研究的某輕型卡車后橋車輪螺栓是通過(guò)滾花壓裝在輪轂上的，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。試驗(yàn)場(chǎng)反饋，在拆解車輪螺母時(shí)，螺栓跟轉(zhuǎn)，無(wú)法拆下。接到故障反饋后，立即著手對(duì)故障件進(jìn)行了螺栓壓脫力測(cè)試，并和某標(biāo)桿進(jìn)行了對(duì)比。對(duì)比結(jié)構(gòu)見(jiàn)表1。

表1 故障件和某標(biāo)桿螺栓壓脫力對(duì)比

壓脫力測(cè)試顯示，故障件的壓脫力遠(yuǎn)小于標(biāo)桿。根據(jù)螺栓的受力特點(diǎn)分析，其產(chǎn)生松動(dòng)的機(jī)理可能有下述四種：

（1）螺栓壓裝后垂直度較差，導(dǎo)致螺母打緊后螺栓受力不均，螺栓產(chǎn)生了歪斜，使螺栓和輪轂的配合產(chǎn)生了松動(dòng)；

（2）螺栓與輪轂配合的過(guò)盈量偏??；

（3）輪轂和螺栓材料選擇不合理、硬度不足；

（4）螺栓滾花齒高不足，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。

上述四種情況中任意兩種或兩種以上同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致螺栓產(chǎn)生松動(dòng)。下文中將逐個(gè)驗(yàn)證上述各因素對(duì)螺栓松動(dòng)的影響，排除干擾因素，從而找到主因，并實(shí)施相應(yīng)的改進(jìn)措施。

1.1 螺栓垂直度檢測(cè)

為了判定螺栓垂直度是否滿足使用要求，我們對(duì)故障件及同批次樣件進(jìn)行了螺栓垂直度檢測(cè)，和某標(biāo)桿進(jìn)行了對(duì)比。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2：

表2 螺栓垂直度檢測(cè)結(jié)果

從檢測(cè)結(jié)果可以看出來(lái)，故障件及同批次的樣件螺栓垂直度均符合設(shè)計(jì)要求，同時(shí)也和標(biāo)桿保持一致。

1.2 螺栓壓入過(guò)盈量檢測(cè)

我們通過(guò)檢測(cè)故障件螺栓壓出后螺栓孔尺寸和螺栓尺寸來(lái)計(jì)算其過(guò)盈量，并和標(biāo)桿進(jìn)行對(duì)比，以判斷其過(guò)盈量是否合理。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3：

表3 螺栓過(guò)盈量檢測(cè)結(jié)果

從檢測(cè)結(jié)果可以看出，標(biāo)桿件螺栓和螺栓孔的過(guò)盈量在0.19-0.38之間，而故障件除1#螺栓過(guò)盈量為0.03外，其余四個(gè)螺栓均出現(xiàn)了間隙配合，這顯然是不合理的。圖紙要求，壓裝前螺栓滾花處直徑為Φ14.2（0，+0.5），螺栓孔直徑為Φ14（0，+0.03）。從表2可以看出，螺栓壓出后，螺栓孔明顯被“脹大”了，而螺栓滾花處的直徑缺明顯減小了。

1.3 螺栓、輪轂材料及硬度檢測(cè)

我們通過(guò)對(duì)故障件和標(biāo)桿進(jìn)行材料及硬度檢測(cè)，來(lái)判斷故障件的材料選擇是否合理、螺栓和輪轂的硬度是否匹配。材料檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4：輪轂和螺栓硬度檢測(cè)見(jiàn)表5：

表4 螺栓、輪轂材料檢測(cè)結(jié)果

表5 螺栓、輪轂硬度檢測(cè)結(jié)果

從表4和表5的檢測(cè)結(jié)果可以看出，螺栓和輪轂材料和標(biāo)桿相同，但是輪轂的硬度明顯低于標(biāo)桿件。

1.4 螺栓滾花結(jié)構(gòu)檢測(cè)

我們將故障件螺栓和標(biāo)桿件螺栓放在一起比較發(fā)現(xiàn)，兩者結(jié)構(gòu)存在不同，如圖2所示：

兩者存在三點(diǎn)差異，見(jiàn)表6：

表6 故障螺栓和標(biāo)桿螺栓對(duì)比

查閱JASO C610車輪螺栓標(biāo)準(zhǔn)，滾花必須貫穿臺(tái)階面。明顯故障件的螺栓不符合設(shè)計(jì)要求。

1.5 檢測(cè)數(shù)據(jù)分析

通過(guò)上述檢測(cè)，螺栓壓裝后的垂直度是滿足設(shè)計(jì)要求的，并且和某標(biāo)桿車保持一致。由于輪轂硬度較低，而螺栓滾花未貫穿臺(tái)階面，導(dǎo)致在螺栓壓裝過(guò)程中，輪轂螺栓孔被臺(tái)階面脹大，滾花失去了作用效果。我們對(duì)故障件輪轂和標(biāo)桿件

輪轂進(jìn)行了破壞檢測(cè)，也證實(shí)了此觀點(diǎn)。

我們將螺栓壓出后，對(duì)輪轂螺栓孔進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，故障件螺栓孔非常光滑，而標(biāo)桿件螺栓孔已經(jīng)被螺栓滾花壓出了很深的痕跡。見(jiàn)圖3所示。

2、優(yōu)化改進(jìn)

2.1 改進(jìn)措施

根據(jù)上述分析，我們對(duì)車輪螺栓、輪轂進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)。具體改進(jìn)措施如下：

（1）將螺栓滾花后齒寸調(diào)整為Φ14.3（0，+0.05），螺孔尺寸調(diào)整為Φ14（0，+0.03），則其過(guò)盈量為0.27-0.35，與標(biāo)桿保持一致。

（2）將輪轂硬度提升至190HB-210HB，與標(biāo)桿保持一致；

（3）將螺栓滾花結(jié)構(gòu)完全按照標(biāo)桿進(jìn)行設(shè)計(jì)，齒數(shù)調(diào)整為44，滾花貫通臺(tái)階面，并在螺帽處留3mm光桿。

2.2 改進(jìn)后的實(shí)施效果

（1）對(duì)改進(jìn)后的樣件進(jìn)行了螺栓壓脫力檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表7所示

表7 整改件螺栓壓脫力與故障件對(duì)比

從表7的檢測(cè)結(jié)果可以看出，整改件螺栓壓脫力已明顯大于故障件，并達(dá)到標(biāo)桿水平。

（2）將整改件螺栓壓出后，我們又對(duì)輪轂螺栓孔進(jìn)行了檢查，螺栓孔已經(jīng)被螺栓滾花壓出了明顯的痕跡，和標(biāo)桿非常類似，如圖4所示。

（3）對(duì)整改件進(jìn)行了上述兩項(xiàng)檢測(cè)后，我們制作了一臺(tái)后橋，在實(shí)驗(yàn)車上進(jìn)行了可靠性路試，期間每500公里對(duì)車輪螺栓進(jìn)行拆解，進(jìn)行車輪換位，經(jīng)過(guò)3萬(wàn)公里路試后，車輪螺栓完好，未再次出現(xiàn)松動(dòng)。

3、結(jié)論

通過(guò)以上分析，最終得出一下結(jié)論：

（1）本次研究的某輕型卡車后橋車輪螺栓松動(dòng)主要是因?yàn)槁菟L花結(jié)構(gòu)不合理、輪轂硬度偏低，導(dǎo)致壓裝后過(guò)盈量不足、且滾花為起作用引起的；

（2）通過(guò)對(duì)整改件的試驗(yàn)驗(yàn)證，說(shuō)明整改是有效的；

（3）通過(guò)本次故障分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)，我們了解了滾花壓裝結(jié)構(gòu)的車輪螺栓設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該考慮的因素包括：

a. 滾花結(jié)構(gòu)，包括滾花位置、齒數(shù)、滾花直徑；

b. 滾花直徑和輪轂螺栓孔直徑的配合，要有合理的過(guò)盈量；

c. 螺栓和輪轂硬度匹配要合理；

d. 螺栓壓裝后的垂直度要嚴(yán)格控制，以免螺栓偏載導(dǎo)致松動(dòng)。

[1] 余志生.汽車?yán)碚揫M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[2] 劉惟信.汽車設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001.

[3] JASO C610 車輪螺栓設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn).

Bridge wheel bolts loose after a problem analysis and optimization of light trucks

Xiang Sha
(Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd.,Anhui Hefei 230601)

In this paper, through the bridge after a light truck wheel bolts loosening problem analysis to identify the causes and mechanism of loose produce, and accordingly improved design. Finally, the improved design for the sample kind have proved to be effective for the improvement. Through this failure analysis and design optimization, but also for the wheel bolt design similar structure provides several key controlling factors for solving similar problems provided for reference ideas.

Wheel bolts; Knurled; Interference

U466

A

1671-7988(2014)07-82-03