螺纹紧固件拧紧方法在转向架零部件组装的应用

尹晓亮 刘孝峰 韩烨 李志浩 冯良波

摘要：转向架等零部件作为列车的走行部，直接影着行车安全和运营可靠性，而零部件装配螺栓的拧紧工艺在组装过程中的作用至关重要。本文介绍了螺栓拧紧工艺在转向架零部件组装过程中的典型应用案例，并对比其拧紧方法的优缺点。

关键词：工艺;转向架;螺纹;紧固件

1、简介

转向架的是由多种零件连接（即组装）起来的，而零件的连接有多种，采用螺栓连接就是其中最常用的一种，而欲采用螺栓连接就必须应用拧紧，因而这“拧紧”也就成了转向架装配工作中应用得极为广泛的概念。采用螺栓连接的目的就是要使两被连接体紧密贴合，并为承受一定的动载荷，还需要两被连接体间具备足够的压紧力，以确保被连接零件的可靠连接和正常工作。这样就要求作为连接用的螺栓，在拧紧后要具有足够的轴向预紧力（即轴向拉应力）。然而这些力的施加，也都是依靠“拧紧”来实现的。

2.螺栓拧紧的方法的介绍

1.扭矩控制法（T）：扭矩控制法是最开始同时也是最简单的控制方法，它是当拧紧扭矩达到某一设定的控制值Tc时，立即停止拧紧的控制方法。它是基于当螺纹连接时，螺栓轴向预紧力F与拧紧时所施加的拧紧扭矩T成正比的关系。

它们之间的关系可用：T =K F 来表示。其中K为扭矩系数，其值大小主要由接触面之间、螺纹牙之间的摩擦阻力Fμ来决定。在实际应用中，K值的大小常用下列公式计算：K=0.161p+0.585μd2+0.25μ（De+Di）

其中：p为螺纹的螺距;μ为综合摩擦系数;d2为螺纹的中径;De为支承面的有效外径;Di为支承面的内径。

有试验证明，一般情况下，K值大约在0.2-0.4之间，然而，有的甚至可能在0.1-0.5之间。故摩擦阻力的变化对所获得的螺栓轴向预紧力影响较大，相同的扭矩拧紧两个不同摩擦阻力的连接时，所获得的螺栓轴向预紧力相差很大。

此外，由于測量方法的不同，测量时环境温度的不同等，对扭矩系数K也有很大的影响，从而更加增大了F的离散度。日本住友金属工业公司通过试验说明了环境温度每增加1℃，其扭矩系数K就下降0.31%。有试验表明，在拧紧转向架牵引电机通风盖板的螺栓时，用相同的扭矩拧紧，其螺栓轴向预紧力的数值相差最大可能达一倍。

扭矩控制法的优点是：控制系统简单，易于用扭矩传感器或高精度的扭矩扳手来检查拧紧的质量。其缺点是：螺栓轴向预紧力的控制精度不高，不能充分利用材料的潜力。

2.扭矩—转角控制法（TA）：又称超弹性控制法扭矩—转角控制法是在扭矩控制法上发展起来的，应用这种方法，首先是把螺栓拧到一个不大的扭矩后，再从此点始，拧一个规定的转角的控制方法。它是基于的一定转角，使螺栓产生一定的轴向伸长及连接件被压缩，其结果产生一定的螺栓轴向预紧力的关系。应用这种方法拧在转向架轮装制动盘螺栓时，采用双头电动拧紧工艺，当2条对角紧固的螺栓力矩达到15±1Nm范围内时程序开始启动计算螺栓转角，电子力矩扳手对螺栓的转角进行计算和判断。当螺栓旋转至32.5°±5%度时开始判断力矩值，最终紧固后的力矩值在130-190Nm之间判定为合格。这是扭矩—转角控制法在转向架零部件上典型的应用案例。其与扭矩控制法最大的不同在于：扭矩控制法通常将最大螺栓轴向预紧力限定在螺栓弹性极限的90%处，而扭矩—转角控制法最理想的是控制在屈服点偏后。扭矩—转角控制法螺栓轴向预紧力的精度是非常高的。扭矩—转角控制法的优点是：螺栓轴向预紧力精度高，可以获得较大的螺栓轴向预紧力，且其数值可集中分布在平均值附近。其缺点是：控制系统较复杂，要测量扭矩和转角两个参数，质量部门不易找出适当的方法对拧紧结果进行检查。

3 结束语

螺纹紧固件是机械基础件中最广泛采用的紧固联接零件之一，具有较强的通用性、可靠性、互换性。而如果选择不当，拧紧不当会导致联接件的松动、实效、损坏，造成设备停机，列车停运，甚至车毁人亡的重大人身财产损失，深入研究螺纹紧固件拧紧方法在转向架零部件组装的应用在生产实践中是至关重要的。

参考文献

[1]螺纹紧固件联接工程 [日] 酒井智次 著 机械工业出版社

[2]动、静态扭矩在汽车装配扭矩控制中的应用  《汽车工艺与材料》2010年第4期

[3]DIN25202 轨道车辆螺钉连接的保险预应力及扭紧力矩

[4]GB/T16823.2-1997 螺纹紧固件紧固通则

[5]GB/T16938-2008 紧固件 螺栓、螺钉、螺柱和螺母通用技术条件

作者简介：尹晓亮（1980-），男，高级工程师，硕士。

刘孝峰（1975-），男，教授级高级工程师，本科。

韩烨（1981-），男，高级工程师，硕士。

（作者单位：中车长春轨道客车股份有限公司）