裝載機緊固件的失效分析及預防

李明 潘文平

【摘 要】螺栓連接是機械工程、結構工程等領域應用最廣泛的連接方式，是緊固件連接中最基本的一種結構形式，在現代結構工程中被廣泛應用。而螺栓的類型、受力特點、使用的環境等的不同，螺栓的重要性不同，對防松脫的要求也不同。文章主要通過分析裝載機制造過程中發生的典型的緊固件失效問題，研究螺栓松脫的失效原因及常用的解決方案。

【關鍵詞】緊固件；失效；預防措施

【中圖分類號】TH243 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）08-0041-03

在裝載機的市場反饋中，很多重大零部件的損壞往往是由于小小的緊固件失效造成的，本文通過研究裝載機生產和市場反饋中常見的緊固件失效案例，分析造成緊固件松脫的失效原因及普遍的預防措施。

1 案例分析及控制措施

下面通過12個典型的緊固件失效案例來分析不同情況下的緊固件失效機理與解決方案（見表1）。

2 裝載機緊固件失效原因及預防措施

2.1 震動、旋轉、溫度引起的緊固件失效

裝載機的震動分為旋轉大震動、固定大震動、受壓大震動等，在這樣的環境下運行很容易導致防松能力不足的緊固件逐步松脫。

（1）高速旋轉、大震動。如案例1，整機工作時傳動軸是處于高速旋轉的大震動環境中，如果傳動軸安裝螺栓處防松能力不足，在震動及高速旋轉的影響下，其中一顆先逐步松脫，則其余與橋、箱連接的螺栓會受徑向剪切力影響而斷裂（案例2同理）。

（2）固定大震動如案例3，柴油機機腳螺栓是直接裝配在柴油機上的，屬于固定大震動，如果螺栓防松能力不足，則很容易在柴油機的震動中逐步松脫（案例4同理）。

（3）高溫、高壓大震動如案例5，柴油機氣泵接頭處的密封及緊固是依靠帶橡膠的組合墊圈保證，而靠近柴油機的溫度是最高的，橡膠在高溫下會融化失效。而該鋼管如果固定不合理，受柴油機的震動影響，鋼管將逐步松動，加上氣路高壓力助推，接頭的緊固將逐步失效。

解決以上問題的方案：{1}在靠近高溫的環境下，應使用耐高溫的部件。{2}優化靠近震源部件的裝配方式，降低震動的影響。{3}提高緊固件的防松措施，如增加防松墊圈、涂抹螺紋緊固劑。從圖1可以看出，螺紋緊固劑的防松效果明顯優于其余方式的防松效果。

2.2 零部件引起的緊固件失效

（1）緊固件特性引起的扭矩衰減。對于螺母本身引起的扭矩衰減，如輪胎高速轉動，螺母需要與被連接件表面磨合，磨合過程中存在扭矩損失。故在使用法蘭防松螺母裝配后，運行初期需使用定扭矩扳手擰緊螺母2次，后期使用過程中螺栓緊固扭矩就不會大幅度衰減了。對于高速旋轉、震動條件下，有效地防止松脫的方案可參考前述“震動、旋轉、溫度引起的緊固件失效”。

（2）零部件間存在間隙導致的緊固扭矩衰減。如案例6、案例7，對于設計或制造原因引起的2個零部件間存在間隙，若與螺栓接觸的零部件強度不足，在裝配時連接螺栓向與螺栓接觸的零部件施加作用力，會導致其變形，則輸出扭矩一部分將在克服部件變形中損失。

解決方案需考慮2個方面：{1}提高與螺栓接觸的零部件強度（如硬度、厚度等）。{2}從設計或制造端消除零部件間的間隙，避免與螺栓接觸的零部件表面受力變形。

2.3 螺栓規格與螺紋孔深度不匹配對螺栓緊固的影響

（1）螺栓長度或螺紋長度大于或等于螺紋深度。螺栓長度或螺紋長度大于或等于螺紋深度，螺栓無法裝配到底，造成螺栓擰緊力矩達不到要求（如案例8、案例9）。此類問題的解決方案可從增加螺紋孔深度、減少螺栓長度方面考慮。

（2）螺栓長度或螺紋長度比螺紋孔深度短。這種情況使螺栓與螺紋孔的有效連接長度不足，導致螺栓所需的緊固力矩不足，會造成螺栓的松脫。此類問題的解決方案可從增加螺栓長度方面考慮。

（3）螺栓的螺牙與螺紋孔規格不一致。在這樣的情形下如果強行裝配，即使表面上目測螺栓是裝配到底了，實際上螺栓的螺牙與螺紋孔規格不匹配，導致螺栓的螺牙與螺紋孔的螺牙接觸不理想，導致螺紋實際上并未達到所需的擰緊力矩要求，造成松脫的現象。

2.4 零部件引起的干涉或歪斜裝配對裝配扭矩的影響

如案例10，由于零部件占據的裝配空間，在使用風槍裝配螺栓過程中干涉零部件，導致風槍輸出扭矩需要克服零部件干涉的摩擦力造成損失。

此類問題的解決方案：{1}在設計或制造端，消除零部件干涉裝配的空間。{2}如設計或制造端無法消除零部件干涉裝配的空間，通常是制作專用的萬向節套筒或加長桿套筒用于裝配，而歪斜裝配或加長桿套筒造成的扭矩損失可通過調整裝配時間、增大裝配力矩來補償。

2.5 零部件的安裝面對裝配質量的影響

如案例11，前橋安裝螺栓的安裝面油漆過厚，裝配后油漆層破損，緊固力矩會隨著油漆層的破損而降低。故在行業中，通常需要嚴格控制安裝面的粗糙度、光潔度。

2.6 裝配順序對裝配質量的影響

如案例12，我們嘗試過對后橋的裝配順序試驗不同的方案，同一員工，使用不同的裝配順序裝配后橋，得出的結果確實差異較大。

員工X，需要裝配的點為A、B 2個點，使用3種裝配順序裝配后橋：①打緊1遍，A→B，每個螺栓裝配時間約20 s，結果顯示扭矩均不達標。②單邊打緊2遍，A（2遍）→B（2遍），每個螺栓裝配時間約20 s，結果顯示扭矩少部分不達標。{3}對角打緊2遍，A→B（2遍）→A，每個螺栓的裝配時間約20 s，結果顯示扭矩均達標。

螺栓裝配要求對角線裝配的好處是為了保證工件受力均勻，安裝時盡可能避免工件受力不均勻的情況，從而影響工件裝配質量。

3 結語

通過以上各種典型的緊固件失效案例分析及一些常用的解決方案，能夠解決類似的許多緊固件松脫的質量問題，大大降低了裝載機內部反饋及早期市場反饋。

參 考 文 獻

[1]萬永杰.螺紋緊固件預緊與放松的研究[J].工程機械，2011，42（8）：50-52，60.

[2]陳小濤.螺栓緊固件和常用液壓元件的裝配工藝[J].工程機械，2012，43（7）：54-55.

[3]ASME B18.9—2007防松螺栓[S].

[4]邊樸風，馬培鳳.小尺寸預涂固定防松膠螺釘的定力矩應用探討[J].工業計量，2010（8）.

[5]呂兆華.螺栓防松措施及分析[Z].全國鋼結構設計與施工技術學術交流會，2011.

[責任編輯：陳澤琦]