分體式軸箱體螺栓緊固工藝研究

魏垂裕 隋靖

摘要：軸箱體是高速動車組列車的關鍵零部件，在鐵路運輸中起著重要作用，是車輛安全穩定運行的基本保障。因為螺栓緊固過程中各螺栓間的相互彈性作用，本文主要研究分體式軸箱體螺栓緊固工藝，尋找出對軸箱組裝尺寸影響最小的螺栓緊固方法。

關鍵詞：動車組;分體式軸箱體;螺栓緊固方法

1.引言

近年來，隨著高速動車組列車的不斷發展，高速動車組列車已成為人們出行的主要工具之一，車輛速度越高，其各零部件的服役環境越惡劣，對其安全性與可靠性的要求就越高。軸箱體安裝在鐵路車輛車軸的兩端軸頸上，聯結輪對和轉向架構架，是鐵路列車保證舒適和安全的關鍵部件之一。目前部分高速動車組列車采用分體式軸箱體的結構，但軸箱體軸承孔尺寸不穩定，易發生變形，導致列車的制造成本提高，生產周期加長。分體式軸箱體設計采用上、下箱體組合的結構形式，通過六顆螺栓連接箱體的上下兩部分。本文旨在研究螺栓組裝過程對軸箱體尺寸形變的影響，提出解決措施，提高分體式軸箱體組裝的合格率。

2.螺栓預緊力分析

螺栓預緊能夠提高聯接的可靠性、防松能力，加強聯接的緊密性和剛性，避免被聯接件間在受載后出現相對位移，而且當被連接件受變載荷時還能夠提高螺紋聯接的疲勞強度。因此，確定螺栓的預緊力是相當重要的。

螺栓和螺母擰緊連接時受力分析如圖1所示，由受力分析可知，擰緊力矩Tt 主要用于兩部分：一部分克服螺紋副摩擦力矩T1;另一部分克服螺母支承面力矩T2，如圖1-a所示。擰緊過程中，螺母通過力的相互作用將力矩傳遞到螺栓，并與螺栓頭表面的支承面力矩T3和夾持力矩T4保持平衡，見圖1-b所示。

3.軸箱體螺栓擰緊方法

目前，在動車組制造企業的實際生產中，螺栓連接擰緊的主要方法有扭矩法、扭矩-轉角法、屈服點法和伸長量法。下面對這幾種擰緊方法進行分析。

3.1扭矩法

扭矩法是目前最普遍的螺栓擰緊方法。扭矩法的工作原理是根據擰緊螺栓的扭矩與預緊力在彈性區域內呈線性關系，按照控制扭矩來實現控制螺栓預緊力的方法以達到擰緊的目的。

3.2扭矩-轉角法

扭矩-轉角法是先將螺栓擰緊到一定的初始扭矩后，然后再接著擰緊螺栓使其轉動一個角度，此方法相當于在扭矩法擰緊螺栓的基礎上再擰緊一個角度，以達到所需的預緊力。

3.3屈服點法

屈服點法是使用計算機實時監控擰緊過程中螺栓扭矩與轉角的關系，計算扭矩-轉角曲線的斜率并繪制出圖，通過斜率的變化來確定屈服點。當斜率出現明顯下降時，螺栓達到屈服點，計算機就會發出信號，停止螺栓的擰緊過程。

3.4伸長量法

伸長量法是在螺栓擰緊過程中，使用測微儀等儀器直接測量出螺栓的伸長量。通過這種方法控制伸長量來達到控制預緊力的目的。

4.軸箱體螺栓的擰緊順序試驗

為了驗證螺栓組擰緊順序對分體式軸箱體軸承孔尺寸穩定性的影響，運用實驗法對軸箱體螺栓組擰緊順序進行研究。在3節中我們分析了目前螺栓常用的擰緊方法，每種擰緊方法都各有其優缺點，扭距法操作簡單便捷，不必采用高精密儀器與設備，只需通過普通的扭矩扳手進行螺栓的擰緊，且對于有操作空間限制的裝配，也能實現螺栓的擰緊，并且還可以通過選用高規格的扭矩扳手來提高擰緊精度。因此，結合實驗條件與實驗成本，本實驗選用扭矩法進行分體式軸箱體螺栓組擰緊實驗。

對螺栓進行標號如圖2所示。本文采用四種擰緊順序對軸箱體螺栓組擰緊工藝的影響進行分析，分別為順序一：依次擰緊 1-2-3-4-5-6，順序二：對角擰緊 2-5-1-4-3-6，順序三：對角擰緊1-4-3-6-2-5，順序四：同時擰緊。

通過一次擰緊的方式進行軸箱體螺栓組的擰緊實驗，分析螺栓組裝配順序對分體式軸箱體軸承孔尺寸穩定性的影響。每次擰緊實驗后，檢測不同擰緊順序所對應的軸承孔不同截面、不同深度位置的尺寸，通過檢測螺栓不同擰緊順序下軸箱體變形可以看出：四種擰緊順序中，軸箱體變形最小的是順序四同時擰緊，其次是對角擰緊順序二、順序三，順序一依次擰緊發生的變形最大。對每一軸箱體整體來說，螺栓處較其他位置變形更大，其他位置的變形非常微小。

5.結 語

本文首先進行了螺栓預緊力分析，闡述了螺栓緊固的幾種方法。通過試驗對比螺栓依次擰緊、對角擰緊、同時擰緊時對軸箱體軸承孔尺寸的影響，得出同時擰緊好于對角擰緊，對角擰緊好于依次擰緊。通過螺栓組擰緊實驗得出，采用對角擰緊對軸承孔尺寸的穩定性好于依次擰緊，軸承孔變形更小。采用手工裝配螺栓組的方式下，使軸箱體軸承孔變形最小的螺栓組擰緊順序為對角擰緊 2-5-1-4-3-6。通過此順序進行軸箱體螺栓緊固，可以提高分體式軸箱體組裝的合格率，提升動車組制造質量水平。

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