某车型备轮架翻转臂锁紧螺栓失效问题分析与解决

闫柱，靳云云，赵明，余超

（1.陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200；2.陕西保利特种车有限公司，陕西 西安 710200）

1 问题的提出

根据我公司售后市场及某上装单位问题反馈，我公司某车型新定型的备轮架翻转臂锁紧螺栓使用过程中批量性存在松动、甚至脱落、断裂的问题，严重情况下有致使车辆翻转臂断裂的重大风险，初步原因分析为该处螺栓拧紧力矩不足导致上述问题的发生。

2 现状分析

2.1 按照图纸中所要求的力矩进行紧固（螺栓规格为Q150B16100，紧固力矩为202Nm±20Nm），但在螺栓紧固过程中发现翻转臂矩形钢及平垫圈在锁紧螺栓未达到所要求的力矩时已经出现内凹变形的现象。2.2 经试验分析认为研究院此处选用的平垫圈强度不足，随将此处平垫圈增加为2个进行力矩复紧试验，依然出现在力矩未达到要求时垫圈变形、翻转臂矩形钢一起内凹变形的问题。初步方案，将此处垫圈更换为某型厚垫块，拧紧力矩按202Nm±20Nm拧紧后未发现厚垫块及翻转臂矩形钢内凹变形现象。

图1

2.3 为验证更换厚垫块后的效果，对装配厚垫块的1辆份某车型进行1500Km道路试验，试验过程中对锁紧螺栓力矩值进行测量，结果如下：

表1

试验结果表明锁紧螺栓初始紧固力矩符合设计要求，但车辆长距离运行后螺栓依然存在松动的问题。初步分析结果认为，螺栓松脱主要原因不在于紧固力矩不达标，而在于锁紧螺栓在车辆行驶过程中因翻转臂轴向与径向运动导致松动。

2.4 为进一步对上述结论进行批量性验证，同时对备轮架锁紧螺栓和封板螺纹及备胎磨损进行分析，对20辆发运至上装厂家的某车型随车跟踪监测备轮架锁紧螺栓力矩实时情况。其中10辆份所用平垫圈为Q40130（较薄），初始螺栓拧紧力矩为140Nm±14Nm，10辆使用厚垫块，初始螺栓拧紧力矩为202Nm±20N。终点处将部分车辆备轮架锁紧螺栓拆卸后发现少量螺栓螺纹有轻微磨损。备轮架摇臂磨损严重，如图所示。

图2

2.5 经过1500Km高速路试及1600Km的综合路面测试，发现备轮架锁紧螺栓力矩达到设计要求（即202Nm±20Nm），也无法防止螺栓松脱，且锁紧螺栓松脱后极易造成断裂。从实测螺栓力矩数据、螺纹损伤情况及备轮架立柱磨损情况进行分析，车辆在行驶过程中，由于备轮在空间多维度的运动，既有纵向晃动，还有横向的晃动，且晃动幅度与频率与路况、车速均有关系，导致螺栓易松脱，使螺栓易从螺纹孔中旋出，螺栓旋出后力矩越来越小，备轮架晃动幅度越来越大，矩形方钢的中空结构和长条孔结构极易造成松动的螺栓断裂及备轮架立柱封板处螺纹损坏。

备轮架在车辆行驶过程中上下及前后均有晃动，此结构为悬臂梁结构，所有受力均集中在锁紧螺栓处，锁紧螺栓在车辆行驶过程中随着备轮架的上下前后晃动而晃动，如此方式极易使螺纹受损直至螺栓断裂。受力简图如图所示。

图3

此外，从备轮架固定叉处磨损情况来看，受长期不断的磨损，备轮架翻转臂断裂的风险极大。

3 改进方案及结论

经过数据分析可以判断出，锁紧螺栓松脱及断裂根本原因不在于初始拧紧力矩不达标，而在于备轮架锁紧结构本身，在车辆行驶过程中由于晃动而使螺栓逐渐松脱，因此首先要解决的是防松问题。

针对螺纹副的松动，设计了增加防松支架、更改锁紧螺栓紧固方向、增加蝶形弹簧三种防松方案，经路试效果对比验证，最终采用在该车型备轮架翻转臂锁紧螺栓处使用厚垫块并增加碟形弹簧防松，并将螺栓加长至 105mm（原长100mm）。锁紧螺栓在初始紧固力矩达到150Nm条件下，路试1000Km拆卸螺栓后，封板螺纹及螺栓螺纹未见明显损伤，且碟簧无明显变形，从备轮架磨损情况来看，备轮架晃动幅度较小，说明此种固定方式可有效锁紧并防止力矩衰减。