螺栓防松技术在动车组转向架上的应用

魏海霞+于孟+端木伟

摘要：螺栓联接在动车组转向架设计与制造中得到了普遍的应用。文章介绍了动车组转向架螺栓联接的几种失效形式，结合螺栓防松原理，从多种工艺途径阐述了螺栓防松技术在动车组转向架上的应用。

关键词：动车组；转向架；螺栓联接；防松技术

中图分类号：U279 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）07-0111-03

1 概述

螺栓联接因其结构简单、成本低廉、制造拆装方便，具有多次重复使用的特点，在动车组转向架设计与制造中得到了普遍的应用。转向架作为动车组中最重要的组成之一，一个小小的螺栓松动就可能对整车的安全运行产生重大影响。笔者作为一名转向架工艺师，以某型动车组为例，结合自身的经验，简要探讨一下动车组转向架中对于螺栓防松技术的应用情况。

2 防松失效的主要形式

对转向架部件的螺纹联接来说，引起螺纹联接失效的形式一般有如下几种：

2.1 联接面变形产生松动

螺栓头或螺母支撑面的接触压强很大时，或者被联接件的表面刚度较小，被联接件的表面在螺栓头部或螺母的压紧作用下会产生环状压陷。继续使用过程中，由于塑性变形继续发生，紧固长度内螺栓的拉伸力减小，螺母不回转，联接的预紧力也会降低。

2.2 螺母自动回转引起的松动

动车组转向架在较高速度的持续运行中，由于受长期变载、振动及冲击，或者受环境温度的升高、降低等条件影响，螺纹副的摩擦系数随之变化，螺纹副和螺母支撑面处的摩擦力有时会瞬间消失，螺纹副无法满足自锁条件而使螺纹副间产生相对滑动，导致螺母回转，多次重复以后就会产生松动。

3 螺栓防松方法及应用

3.1 控制预紧力

预紧可以提高螺栓联接的可靠性、防松能力及螺栓的疲劳强度，增强螺栓联接的紧密型和刚性。因此，在转向架部件组装时，控制安装预紧力是防止螺纹紧固件松动的经济有效措施之一，这种方法利用螺纹的自锁条件，不需要对螺栓、螺母结构做任何改动，通过保证合适的预紧力来防止螺栓联接松动。在CRH2型动车组转向架各部件组装作业中，除了管卡座组装作业以外，均采用控制预紧力的方式。根据紧固部件设计相应的扭矩值，实施时采用通用或专用扭力扳手进行扭矩确认来控制预紧力。在使用扭力扳手时，一般采用如下手段来控制预紧力。

3.1.1 定期计量要求。指针式扭力扳手、数显式扭力扳手等属于精密器具，内部结构较复杂，即使长期放置不使用，其内部也会产生诸如老化、卡滞、锈蚀等变化，导致扭矩显示出现偏差，因此，扭矩扳手在使用前和使用一段时间后（通常半年左右），必须按期送至专业计量检定部门进行校准，确保工具处于正常状态，否则力矩就会出现偏差。

3.1.2 扭力扳手的选用。根据扳手的特性，紧固对象的扭力值应在扳手最大量程的20%到100%以内。因为扭矩扳手的指针在0到20%之间时，扳手内部弹簧刚开始发生形变，此处的扭矩值不稳定。以量程为320N.m的扭力扳手为例，其使用范围应为320×20%～320N.m=64～320N.m。

3.1.3 扭力扳手的使用规则：

（1）正确的施力点。应保证扳手手柄长度方向和螺栓轴线垂直，偏差不大于3°，施力方向与扳手手柄长度方向垂直，偏差不大于10°如图1、图2所示。

图1 扭矩扳手放置位置

图2 扭矩扳手施力方向

（2）正确的施力方向。在向扭矩扳手施加力矩的过程中，除了要保证施力过程平稳外，还应注意将施力点放置在扳手手柄中心，如图3所示。

图3 扭矩扳手施力点的选择

3.1.4 正确的扭力紧固顺序。成组螺栓、螺母拧紧时，应根据被联接件的形状和螺栓的分布情况，按一定顺序分几次拧紧（一般为2～3次）。长方形布置的成组螺栓或螺母，拧紧时应从中间开始，逐渐向两边对称地扩展，圆形或方形布置的成组螺栓或螺母，应对称拧紧。

3.1.5 做好紧固标记及防松标记。在螺栓拧紧过程中，为了不出现漏紧等问题，在螺栓施加预紧力后，要求使用油漆标记笔在规定位置做好标记，确保不出现漏紧或随意变动。在实施最终力矩紧固后，还需涂打防松标记，防松标记作为螺栓联接是否发生松动的重要检查手段，在动车组转向架组装中得到了广泛应用。

3.1.6 润滑油脂的使用。试验证明，在螺栓组装之前，对螺栓螺纹部位涂抹一定的润滑油脂，不但可以保护螺栓联接时不对螺纹牙型造成损坏，还在一定程度上可以降低扳手力矩，改善螺栓承载状态。在转向架上，润滑油脂一般用于无螺母的螺栓联接。

3.2 摩擦防松法

摩擦防松法是通过联接预紧的方式使拧紧的螺纹副之间存在一定的轴向压力而保持一定的有摩擦阻力矩而达到防止联接松脱的目的。常用的摩擦防松法主要包含如下几种：

3.2.1 弹簧垫圈防松。螺母拧紧后，压平垫圈产生的弹性反力使旋合螺纹间压紧，同时垫圈斜口的尖端抵住螺母与被联接件间的支承面，也起到防松的作用，见图4所示。此方法结构简单，使用方便，在转向架螺栓联接中应用广泛，但缺点是垫圈弹力不均，在受到重载、交变载荷冲击下，防松效果一般。因此，在采用弹簧垫圈的同时，一般还附加弹性钢丝辅助防松（见3.3.3条）。

图4 弹簧垫圈防松 图5 双螺母防松

3.2.2 双螺母防松。两螺母对顶拧紧，使旋合螺纹间始终受附加压力和摩擦力作用。工作载荷变动时，该摩擦力始终存在，下螺母受力较小，可薄些。此方法结构简单，适用于平稳、低速、重载等固定装置上的联接，但因为安装、拆卸等较单螺母结构复杂，且占用空间较大，在动车组转向架上应用较少，而在客车、机车等转向架上应用较多。见图5。

3.2.3 自锁螺母：

图6 自锁螺母endprint

动车组转向架联轴节安装螺栓采用了一种类似于自锁机构的螺母，垫圈与螺母联接部位设计了斜形配合面，首先施加扭力紧固螺母，然后对螺母施加反向力矩，通过垫圈与螺母之间斜形金属的压紧产生对螺母的轴向反作用力，从而达到防松的目的。

3.3 机械防松

机械防松的原理是通过金属止动零件阻止螺栓与螺母之间的相对转动。转向架上的主要应用有如下几个方面。

3.3.1 止转垫片。止动垫片其结构简单可靠，但垫片只能一次性使用。主要形式有舌簧垫圈、止动垫圈等，见图7。

图7 舌簧垫圈、止转垫圈

3.3.2 开口销及开槽螺母。螺母拧紧后将开口销穿入螺纹尾部小孔或螺母的槽内，并将开口销尾扳开与螺母侧面贴紧，从而起到防止松动的作用，其防松效果良好，可承受较大的载荷冲击。

3.3.3 串联钢丝。将低碳钢丝穿入各螺钉头部的孔内，将各螺栓串联，使其相互制动，从而预防松动。钢丝防松结构简单，可直接通过检查铁丝的状态来判断螺栓是否松动，转向架上一般采用串联钢丝与弹簧垫圈组合的防松方式，以确保螺栓在安装后长期运行中的可靠性。

机械防松因其结构简单、可靠的优点，已成为目前动车组转向架螺栓防松的主要方式。

3.4 不可拆卸防松方法

通指采用冲铆、焊接、胶粘等方式，消除螺纹副相对运动关系，使其变成非运动副，防松性能好，但操作繁琐，受人为因素影响大，且不可拆卸，因动车组转向架大部分部件需拆卸检修，故该方法在转向架上很少应用。

3.5 螺纹锁固剂的使用

螺纹锁固剂主要指将螺栓、螺母清洗干净后使用锁固胶涂抹于螺纹联接处，具有液体凝固后自动防松的特点，一般应用于后期拆卸少的小尺寸螺栓，在动车组转向架上暂时没有应用，但在某些地铁、客车转向架上该防松方法得到了广泛的应用。

4 结语

转向架作为动车组的行走部，其重要性尤为突出。作为各部件组装的主要联接方式，国内动车组转向架的螺栓防松技术还有很大的提升空间。随着国家科学技术的进步，相信越来越多新型的螺栓防松方法将会逐步出现在动车组转向架制造上，从而为人们提供更为舒适、安全的动车组产品。

参考文献

[1] 姚敏茹.螺纹联接防松技术的研究应用与发展

[J].机械加工工艺与装备，2006，（6）.

[2] 侯亚萍.螺纹联接的防松方法[J].机械工程师，

2010，（7）.

[3] 彭磊.联接螺栓的预紧力和防松[J].船舶，

2009，（10）.

[4] 205工艺技术标准.预置式扭力扳手使用指南（Q/

SF65-077-2011）[S].2011，8.

[5] 国际标准化组织.螺钉和螺母用装配工具手动扭矩

工具设计合格试验，质量合格试验的技术条件和试

验方法及检定程序（ISO6789-2003）（英文）[S].

[6] 华军.螺纹润滑状态改变对螺栓预紧力矩影响的分

析[J].机械车辆工艺，2009，12.

作者简介：魏海霞（1973—），女，甘肃兰州人，中国南车青岛四方机车车辆股份有限公司工程师，研究方向：高速动车组转向架检修方面。endprint

动车组转向架联轴节安装螺栓采用了一种类似于自锁机构的螺母，垫圈与螺母联接部位设计了斜形配合面，首先施加扭力紧固螺母，然后对螺母施加反向力矩，通过垫圈与螺母之间斜形金属的压紧产生对螺母的轴向反作用力，从而达到防松的目的。

3.3 机械防松

机械防松的原理是通过金属止动零件阻止螺栓与螺母之间的相对转动。转向架上的主要应用有如下几个方面。

3.3.1 止转垫片。止动垫片其结构简单可靠，但垫片只能一次性使用。主要形式有舌簧垫圈、止动垫圈等，见图7。

图7 舌簧垫圈、止转垫圈

3.3.2 开口销及开槽螺母。螺母拧紧后将开口销穿入螺纹尾部小孔或螺母的槽内，并将开口销尾扳开与螺母侧面贴紧，从而起到防止松动的作用，其防松效果良好，可承受较大的载荷冲击。

3.3.3 串联钢丝。将低碳钢丝穿入各螺钉头部的孔内，将各螺栓串联，使其相互制动，从而预防松动。钢丝防松结构简单，可直接通过检查铁丝的状态来判断螺栓是否松动，转向架上一般采用串联钢丝与弹簧垫圈组合的防松方式，以确保螺栓在安装后长期运行中的可靠性。

机械防松因其结构简单、可靠的优点，已成为目前动车组转向架螺栓防松的主要方式。

3.4 不可拆卸防松方法

通指采用冲铆、焊接、胶粘等方式，消除螺纹副相对运动关系，使其变成非运动副，防松性能好，但操作繁琐，受人为因素影响大，且不可拆卸，因动车组转向架大部分部件需拆卸检修，故该方法在转向架上很少应用。

3.5 螺纹锁固剂的使用

螺纹锁固剂主要指将螺栓、螺母清洗干净后使用锁固胶涂抹于螺纹联接处，具有液体凝固后自动防松的特点，一般应用于后期拆卸少的小尺寸螺栓，在动车组转向架上暂时没有应用，但在某些地铁、客车转向架上该防松方法得到了广泛的应用。

4 结语

转向架作为动车组的行走部，其重要性尤为突出。作为各部件组装的主要联接方式，国内动车组转向架的螺栓防松技术还有很大的提升空间。随着国家科学技术的进步，相信越来越多新型的螺栓防松方法将会逐步出现在动车组转向架制造上，从而为人们提供更为舒适、安全的动车组产品。

参考文献

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[6] 华军.螺纹润滑状态改变对螺栓预紧力矩影响的分

析[J].机械车辆工艺，2009，12.

作者简介：魏海霞（1973—），女，甘肃兰州人，中国南车青岛四方机车车辆股份有限公司工程师，研究方向：高速动车组转向架检修方面。endprint

动车组转向架联轴节安装螺栓采用了一种类似于自锁机构的螺母，垫圈与螺母联接部位设计了斜形配合面，首先施加扭力紧固螺母，然后对螺母施加反向力矩，通过垫圈与螺母之间斜形金属的压紧产生对螺母的轴向反作用力，从而达到防松的目的。

3.3 机械防松

机械防松的原理是通过金属止动零件阻止螺栓与螺母之间的相对转动。转向架上的主要应用有如下几个方面。

3.3.1 止转垫片。止动垫片其结构简单可靠，但垫片只能一次性使用。主要形式有舌簧垫圈、止动垫圈等，见图7。

图7 舌簧垫圈、止转垫圈

3.3.2 开口销及开槽螺母。螺母拧紧后将开口销穿入螺纹尾部小孔或螺母的槽内，并将开口销尾扳开与螺母侧面贴紧，从而起到防止松动的作用，其防松效果良好，可承受较大的载荷冲击。

3.3.3 串联钢丝。将低碳钢丝穿入各螺钉头部的孔内，将各螺栓串联，使其相互制动，从而预防松动。钢丝防松结构简单，可直接通过检查铁丝的状态来判断螺栓是否松动，转向架上一般采用串联钢丝与弹簧垫圈组合的防松方式，以确保螺栓在安装后长期运行中的可靠性。

机械防松因其结构简单、可靠的优点，已成为目前动车组转向架螺栓防松的主要方式。

3.4 不可拆卸防松方法

通指采用冲铆、焊接、胶粘等方式，消除螺纹副相对运动关系，使其变成非运动副，防松性能好，但操作繁琐，受人为因素影响大，且不可拆卸，因动车组转向架大部分部件需拆卸检修，故该方法在转向架上很少应用。

3.5 螺纹锁固剂的使用

螺纹锁固剂主要指将螺栓、螺母清洗干净后使用锁固胶涂抹于螺纹联接处，具有液体凝固后自动防松的特点，一般应用于后期拆卸少的小尺寸螺栓，在动车组转向架上暂时没有应用，但在某些地铁、客车转向架上该防松方法得到了广泛的应用。

4 结语

转向架作为动车组的行走部，其重要性尤为突出。作为各部件组装的主要联接方式，国内动车组转向架的螺栓防松技术还有很大的提升空间。随着国家科学技术的进步，相信越来越多新型的螺栓防松方法将会逐步出现在动车组转向架制造上，从而为人们提供更为舒适、安全的动车组产品。

参考文献

[1] 姚敏茹.螺纹联接防松技术的研究应用与发展

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[2] 侯亚萍.螺纹联接的防松方法[J].机械工程师，

2010，（7）.

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SF65-077-2011）[S].2011，8.

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析[J].机械车辆工艺，2009，12.

作者简介：魏海霞（1973—），女，甘肃兰州人，中国南车青岛四方机车车辆股份有限公司工程师，研究方向：高速动车组转向架检修方面。endprint