某輕型卡車后橋車輪螺栓松動問題分析及優化

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問題分析及優化

向 莎

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

本文主要通過對某輕型卡車后橋車輪螺栓松動問題進行分析，找出了松動產生的原因和機理，并相應進行了改進設計。最后對改進設計的樣件進行了實物驗證，證明了改進是有效的。通過本次故障分析和優化設計，也為同類結構的車輪螺栓設計提供了幾個關鍵控制因素，為解決同類問題提供可供參考的思路。

車輪螺栓；滾花；過盈量

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

引言

車輪螺栓是后橋上一個十分重要的緊固件，通過車輪螺母將車輪總成固定在后橋上，使車輪實現其承載和傳遞動力的作用。某輕型卡車經過3000km高環試驗后，拆解車輪對制動器進行例行檢查時，發現車輪螺栓松動、跟轉，車輪無法拆解。本文通過對車輪螺栓松動的分析，探究其故障原因，并提出優化措施，為解決類似問題提供一條可參考的途徑。

1、后橋車輪螺栓松動分析

本次研究的某輕型卡車后橋車輪螺栓是通過滾花壓裝在輪轂上的，結構見圖1。試驗場反饋，在拆解車輪螺母時，螺栓跟轉，無法拆下。接到故障反饋后，立即著手對故障件進行了螺栓壓脫力測試，并和某標桿進行了對比。對比結構見表1。

表1 故障件和某標桿螺栓壓脫力對比

壓脫力測試顯示，故障件的壓脫力遠小于標桿。根據螺栓的受力特點分析，其產生松動的機理可能有下述四種：

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

（2）螺栓與輪轂配合的過盈量偏小；

（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，結構設計不合理。

上述四種情況中任意兩種或兩種以上同時出現時，也會導致螺栓產生松動。下文中將逐個驗證上述各因素對螺栓松動的影響，排除干擾因素，從而找到主因，并實施相應的改進措施。

1.1 螺栓垂直度檢測

為了判定螺栓垂直度是否滿足使用要求，我們對故障件及同批次樣件進行了螺栓垂直度檢測，和某標桿進行了對比。檢測結果見表2：

表2 螺栓垂直度檢測結果

從檢測結果可以看出來，故障件及同批次的樣件螺栓垂直度均符合設計要求，同時也和標桿保持一致。

1.2 螺栓壓入過盈量檢測

我們通過檢測故障件螺栓壓出后螺栓孔尺寸和螺栓尺寸來計算其過盈量，并和標桿進行對比，以判斷其過盈量是否合理。檢測結果見表3：

表3 螺栓過盈量檢測結果

從檢測結果可以看出，標桿件螺栓和螺栓孔的過盈量在0.19-0.38之間，而故障件除1#螺栓過盈量為0.03外，其余四個螺栓均出現了間隙配合，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

我們通過對故障件和標桿進行材料及硬度檢測，來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。材料檢測結果見表4：輪轂和螺栓硬度檢測見表5：

表4 螺栓、輪轂材料檢測結果

表5 螺栓、輪轂硬度檢測結果

從表4和表5的檢測結果可以看出，螺栓和輪轂材料和標桿相同，但是輪轂的硬度明顯低于標桿件。

1.4 螺栓滾花結構檢測

我們將故障件螺栓和標桿件螺栓放在一起比較發現，兩者結構存在不同，如圖2所示：

兩者存在三點差異，見表6：

表6 故障螺栓和標桿螺栓對比

查閱JASO C610車輪螺栓標準，滾花必須貫穿臺階面。明顯故障件的螺栓不符合設計要求。

1.5 檢測數據分析

通過上述檢測，螺栓壓裝后的垂直度是滿足設計要求的，并且和某標桿車保持一致。由于輪轂硬度較低，而螺栓滾花未貫穿臺階面，導致在螺栓壓裝過程中，輪轂螺栓孔被臺階面脹大，滾花失去了作用效果。我們對故障件輪轂和標桿件

輪轂進行了破壞檢測，也證實了此觀點。

我們將螺栓壓出后，對輪轂螺栓孔進行觀察發現，故障件螺栓孔非常光滑，而標桿件螺栓孔已經被螺栓滾花壓出了很深的痕跡。見圖3所示。

2、優化改進

2.1 改進措施

根據上述分析，我們對車輪螺栓、輪轂進行了相應的改進設計。具體改進措施如下：

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

（2）將輪轂硬度提升至190HB-210HB，與標桿保持一致；

（3）將螺栓滾花結構完全按照標桿進行設計，齒數調整為44，滾花貫通臺階面，并在螺帽處留3mm光桿。

2.2 改進后的實施效果

（1）對改進后的樣件進行了螺栓壓脫力檢測，檢測結果如表7所示

表7 整改件螺栓壓脫力與故障件對比

從表7的檢測結果可以看出，整改件螺栓壓脫力已明顯大于故障件，并達到標桿水平。

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

（3）對整改件進行了上述兩項檢測后，我們制作了一臺后橋，在實驗車上進行了可靠性路試，期間每500公里對車輪螺栓進行拆解，進行車輪換位，經過3萬公里路試后，車輪螺栓完好，未再次出現松動。

3、結論

通過以上分析，最終得出一下結論：

（1）本次研究的某輕型卡車后橋車輪螺栓松動主要是因為螺栓滾花結構不合理、輪轂硬度偏低，導致壓裝后過盈量不足、且滾花為起作用引起的；

（2）通過對整改件的試驗驗證，說明整改是有效的；

（3）通過本次故障分析及優化設計，我們了解了滾花壓裝結構的車輪螺栓設計時，應該考慮的因素包括：

a. 滾花結構，包括滾花位置、齒數、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格控制，以免螺栓偏載導致松動。

[1] 余志生.汽車理論[M].北京：機械工業出版社，2000.

[2] 劉惟信.汽車設計[M].北京：清華大學出版社，2001.

[3] JASO C610 車輪螺栓設計標準.

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