装载机紧固件的失效分析及预防

李明 潘文平

【摘 要】螺栓连接是机械工程、结构工程等领域应用最广泛的连接方式，是紧固件连接中最基本的一种结构形式，在现代结构工程中被广泛应用。而螺栓的类型、受力特点、使用的环境等的不同，螺栓的重要性不同，对防松脱的要求也不同。文章主要通过分析装载机制造过程中发生的典型的紧固件失效问题，研究螺栓松脱的失效原因及常用的解决方案。

【关键词】紧固件；失效；预防措施

【中图分类号】TH243 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）08-0041-03

在装载机的市场反馈中，很多重大零部件的损坏往往是由于小小的紧固件失效造成的，本文通过研究装载机生產和市场反馈中常见的紧固件失效案例，分析造成紧固件松脱的失效原因及普遍的预防措施。

1 案例分析及控制措施

下面通过12个典型的紧固件失效案例来分析不同情况下的紧固件失效机理与解决方案（见表1）。

2 装载机紧固件失效原因及预防措施

2.1 震动、旋转、温度引起的紧固件失效

装载机的震动分为旋转大震动、固定大震动、受压大震动等，在这样的环境下运行很容易导致防松能力不足的紧固件逐步松脱。

（1）高速旋转、大震动。如案例1，整机工作时传动轴是处于高速旋转的大震动环境中，如果传动轴安装螺栓处防松能力不足，在震动及高速旋转的影响下，其中一颗先逐步松脱，则其余与桥、箱连接的螺栓会受径向剪切力影响而断裂（案例2同理）。

（2）固定大震动如案例3，柴油机机脚螺栓是直接装配在柴油机上的，属于固定大震动，如果螺栓防松能力不足，则很容易在柴油机的震动中逐步松脱（案例4同理）。

（3）高温、高压大震动如案例5，柴油机气泵接头处的密封及紧固是依靠带橡胶的组合垫圈保证，而靠近柴油机的温度是最高的，橡胶在高温下会融化失效。而该钢管如果固定不合理，受柴油机的震动影响，钢管将逐步松动，加上气路高压力助推，接头的紧固将逐步失效。

解决以上问题的方案：{1}在靠近高温的环境下，应使用耐高温的部件。{2}优化靠近震源部件的装配方式，降低震动的影响。{3}提高紧固件的防松措施，如增加防松垫圈、涂抹螺纹紧固剂。从图1可以看出，螺纹紧固剂的防松效果明显优于其余方式的防松效果。

2.2 零部件引起的紧固件失效

（1）紧固件特性引起的扭矩衰减。对于螺母本身引起的扭矩衰减，如轮胎高速转动，螺母需要与被连接件表面磨合，磨合过程中存在扭矩损失。故在使用法兰防松螺母装配后，运行初期需使用定扭矩扳手拧紧螺母2次，后期使用过程中螺栓紧固扭矩就不会大幅度衰减了。对于高速旋转、震动条件下，有效地防止松脱的方案可参考前述“震动、旋转、温度引起的紧固件失效”。

（2）零部件间存在间隙导致的紧固扭矩衰减。如案例6、案例7，对于设计或制造原因引起的2个零部件间存在间隙，若与螺栓接触的零部件强度不足，在装配时连接螺栓向与螺栓接触的零部件施加作用力，会导致其变形，则输出扭矩一部分将在克服部件变形中损失。

解决方案需考虑2个方面：{1}提高与螺栓接触的零部件强度（如硬度、厚度等）。{2}从设计或制造端消除零部件间的间隙，避免与螺栓接触的零部件表面受力变形。

2.3 螺栓规格与螺纹孔深度不匹配对螺栓紧固的影响

（1）螺栓长度或螺纹长度大于或等于螺纹深度。螺栓长度或螺纹长度大于或等于螺纹深度，螺栓无法装配到底，造成螺栓拧紧力矩达不到要求（如案例8、案例9）。此类问题的解决方案可从增加螺纹孔深度、减少螺栓长度方面考虑。

（2）螺栓长度或螺纹长度比螺纹孔深度短。这种情况使螺栓与螺纹孔的有效连接长度不足，导致螺栓所需的紧固力矩不足，会造成螺栓的松脱。此类问题的解决方案可从增加螺栓长度方面考虑。

（3）螺栓的螺牙与螺纹孔规格不一致。在这样的情形下如果强行装配，即使表面上目测螺栓是装配到底了，实际上螺栓的螺牙与螺纹孔规格不匹配，导致螺栓的螺牙与螺纹孔的螺牙接触不理想，导致螺纹实际上并未达到所需的拧紧力矩要求，造成松脱的现象。

2.4 零部件引起的干涉或歪斜装配对装配扭矩的影响

如案例10，由于零部件占据的装配空间，在使用风枪装配螺栓过程中干涉零部件，导致风枪输出扭矩需要克服零部件干涉的摩擦力造成损失。

此类问题的解决方案：{1}在设计或制造端，消除零部件干涉装配的空间。{2}如设计或制造端无法消除零部件干涉装配的空间，通常是制作专用的万向节套筒或加长杆套筒用于装配，而歪斜装配或加长杆套筒造成的扭矩损失可通过调整装配时间、增大装配力矩来补偿。

2.5 零部件的安装面对装配质量的影响

如案例11，前桥安装螺栓的安装面油漆过厚，装配后油漆层破损，紧固力矩会随着油漆层的破损而降低。故在行业中，通常需要严格控制安装面的粗糙度、光洁度。

2.6 装配顺序对装配质量的影响

如案例12，我们尝试过对后桥的装配顺序试验不同的方案，同一员工，使用不同的装配顺序装配后桥，得出的结果确实差异较大。

员工X，需要装配的点为A、B 2个点，使用3种装配顺序装配后桥：①打紧1遍，A→B，每个螺栓装配时间约20 s，结果显示扭矩均不达标。②单边打紧2遍，A（2遍）→B（2遍），每个螺栓装配时间约20 s，结果显示扭矩少部分不达标。{3}对角打紧2遍，A→B（2遍）→A，每个螺栓的装配时间约20 s，结果显示扭矩均达标。

螺栓装配要求对角线装配的好处是为了保证工件受力均匀，安装时尽可能避免工件受力不均匀的情况，从而影响工件装配质量。

3 结语

通过以上各种典型的紧固件失效案例分析及一些常用的解决方案，能够解决类似的许多紧固件松脱的质量问题，大大降低了装载机内部反馈及早期市场反馈。

参 考 文 献

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[责任编辑：陈泽琦]