某系列主齒螺母擰緊力矩超標的問題分析

徐珊珊，許克楊

(合肥美橋汽車傳動及底盤系統有限公司，安徽 合肥 230051)

汽車驅動橋主減速器總成是將發動機傳遞過來的扭矩轉化90°方向并傳遞至輪端，使得汽車轉動。其中，主減速器總成中的主齒螺母，擰緊后產生的夾緊力將轉化為軸承預緊力和保持齒輪運行的軸向力。一旦主齒螺母的擰緊力矩的選擇不合適，將導致主減提前失效，汽車停止運行。在某系列主減裝配時發現，若要保持主減軸承的啟動摩擦力矩，主齒螺母的擰緊力矩將超出圖紙的范圍要求，經現場檢驗發現，此系列主減主齒螺母由非自鎖改為自鎖螺母，主齒花鍵由無螺旋角改為帶螺旋角花鍵。

1 現狀描述

該系列主齒凸緣螺母的原設計擰緊力矩為323～480N·m，此數值是基于使用普通螺母以及花鍵螺旋角為0的主動齒輪而得到的。下面是我公司狀態1，狀態2即非自鎖螺母加花鍵不帶螺旋角齒輪，裝配時凸緣螺母擰緊力矩的分布見圖1。

圖1 凸緣螺母擰緊力矩分布圖

從圖1可見，在保證軸承啟動摩擦力矩的情況下，狀態2有81%的比例超出了前期主齒螺母的要求。初步分析，與主齒螺母改為自鎖螺母、齒輪改為帶螺旋角花鍵有關。

2 收集試驗驗證數據

2.1 自鎖螺母的擰入擰出力矩

為了進一步分析計算，需收集自鎖螺母第1次的擰入力和擰出力的50組測試數據，通過數據得出自鎖螺母的第1次擰入力矩大致在40～60N·m，擰出力矩在30～50N·m，差值在10～25N·m，由于M24×2的10級自鎖螺母的第1次擰入力矩不大于106N·m，第1次擰出力矩不小于15N·m。綜上可得，自鎖螺母的力矩符合要求范圍。

2.2 齒輪花鍵壓入力

通過檢測凸緣壓入主齒花鍵的力，可得出狀態1的齒輪花鍵壓入力：15000～20000N；狀態2的齒輪花鍵壓入力：0～2000N。

3 理論計算分析

3.1 主動齒輪受力計算

由齒輪參數可以得出，主動齒輪的軸向力與汽車的行駛方向一致。295齒輪在前進時的軸向力F齒前=64000N，后退時的軸向力F齒后=47000N。

3.2 主齒螺母擰緊力矩計算

汽車前進時的齒輪軸向力為F齒前，假設凸緣與主齒花鍵的摩擦力為F花，軸承預緊力為FB，為保證螺母不松脫，凸緣螺母的夾緊力至少須滿足：

其中：軸承的預緊力FB=2000～6000N。另外，螺母公稱直徑 D=24，擰緊力系數 K=0．2～ 0．28。

3.2.1 普通螺母+無螺旋角花鍵齒輪

凸緣花鍵壓入力：F花=0～2000N，所以：

故螺母擰緊力矩：

原圖紙的擰緊力矩323～480N·m為選取螺母區間的范圍。

3.2.2 自鎖螺母+帶螺旋角花鍵齒輪

帶螺旋角花鍵齒輪2在裝配時，摩擦阻力較大，試驗得出F花=15000～20000N，而不帶螺旋角齒輪的F花=0～2000N。

因 此：ΔF花=（15000～20000）-（0～2000）=13000～20000N。

此時，凸緣螺母與齒輪的最大軸向力：

故選取400～720N·m為新的主齒螺母擰緊力矩范圍。

3.3 結果驗證

按更新后的擰緊力矩范圍測試30組數據，在保證軸承啟動摩擦力矩的情況下，狀態2有100%的比例在主齒螺母擰緊力矩的要求范圍內。

4 結語

主齒螺母擰緊力矩由多種因素確認，當其中各個因素發生變化時，要相應調整，特別是更改鎖母以及花鍵尤其重要。

參考文獻：

[1]劉惟信．汽車設計[M]．清華大學出版社，2001,7．

[2]楊馨姒 ,姚維 ,毛政和 ．GB-T 1337—1988 六角自鎖螺母 [J]．1977,5．