一種動(dòng)車組軸箱后蓋扭矩變化分析

代臥龍，梁曉燕

（南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司，山東青島 266111）

1 動(dòng)車組軸箱后蓋結(jié)構(gòu)

軸箱后蓋是動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架軸箱體上的一個(gè)重要組成部件，其作用是密封軸承，防止雨水、塵埃等的侵入，從而保證列車的安全運(yùn)行。

該動(dòng)車組車型軸箱體材質(zhì)為鋁合金，軸箱后蓋為鋁合金鍛造而成。其軸箱后蓋由后蓋1、后蓋2以及連接螺栓組成（見圖1），因其與軸箱體之間配合尺寸要求相對(duì)較高，故軸箱后蓋加工時(shí)需后蓋1、后蓋2 整體配合進(jìn)行。

根據(jù)工藝要求，軸箱組件必須在恒溫環(huán)境下（20±2.5℃）進(jìn)行組裝，軸箱后蓋與軸箱體之間通過M20×55 螺栓連接，但在對(duì)該緊固螺栓施加規(guī)定扭矩（緊固螺栓扭矩為200N·m）后，在恒溫間外（溫度約30℃）進(jìn)行扭力校驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)部分螺栓扭矩發(fā)生變化。為此，本文從組裝工藝等方面對(duì)該現(xiàn)象進(jìn)行分析，查找問題發(fā)生的原因并研究該現(xiàn)象對(duì)運(yùn)行安全性的影響。

圖1 軸箱后蓋示意圖

2 扭矩變化原因分析

2.1 軸箱后蓋組裝工藝

1）軸箱后蓋組裝前確認(rèn)成對(duì)加工的左右兩半后蓋配合標(biāo)記是否一致，標(biāo)記檢查無誤后，用細(xì)毛刷在后蓋與軸箱體的裝配面圓周方向均勻涂抹一薄層潤(rùn)滑脂，將后蓋安裝在車軸防塵板座處，安裝2 個(gè)舌簧墊圈和螺栓M12×40 并預(yù)組，然后將4 個(gè)平墊圈20 和M20×55 螺栓分別穿在后蓋螺孔內(nèi)（見圖2）。

圖2 軸箱后蓋組裝示意圖

2）將軸箱體慢慢套在軸承端部，再緩慢地沿軸向推動(dòng)軸箱體，將軸箱后蓋上M20×55 螺栓穿入軸箱體螺紋孔內(nèi)。

3）對(duì)角線交叉緊固后蓋M20×55 螺栓，扭矩200N·m。再緊固后蓋1、2 之間的連接螺栓M12×40 并施加規(guī)定扭矩。

2.2 原因分析

螺栓的安裝扭矩主要與材料、摩擦因數(shù)、組裝溫度等因素有關(guān)。

1）材料。參照《GB/T3246.1-2000：變形鋁及鋁合金制品顯微組織檢驗(yàn)方法》《GB/T3246.2-2000：變形鋁及鋁合金制品低倍組織檢驗(yàn)方法》對(duì)軸箱后蓋進(jìn)行檢驗(yàn)，其化學(xué)成分、力學(xué)性能符合設(shè)計(jì)要求。同時(shí)對(duì)組裝過的軸箱后蓋拆卸后進(jìn)行平面度檢測(cè)，符合要求，未出現(xiàn)變形問題，故可排除部件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及材料問題造成扭矩變化。

2）摩擦因數(shù)。根據(jù)工藝要求，螺栓頭部涂抹扭矩穩(wěn)定劑，且在組裝后未對(duì)螺栓進(jìn)行拆卸，故排除摩擦因數(shù)因素造成扭矩變化。

3）溫度。對(duì)一直存放在恒溫間內(nèi)的軸箱后蓋緊固螺栓進(jìn)行扭力校核，未發(fā)生扭矩變化，而在將輪對(duì)軸箱組成放置在室外時(shí)（約30℃），軸箱后蓋緊固螺栓扭矩即發(fā)生變化，故可知只有當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，軸箱后蓋緊固螺栓扭矩才會(huì)發(fā)生變化。因此可以確認(rèn)溫度變化是導(dǎo)致軸箱后蓋安裝螺栓扭矩變化的主要因素。

3 扭矩變化計(jì)算

該種車型軸箱體材質(zhì)為鋁合金，軸箱軸承材質(zhì)為軸承鋼，兩者的線膨脹率分別為23.06×10-6、12.5×10-6。當(dāng)溫度上升10℃時(shí)，兩者的線性變化差值為：

即螺栓長(zhǎng)度縮短0.017 424 mm。取鋼的彈性模量為2.1×105，螺栓的軸向力減少值為0.017 424×2.1×105=3659N

根據(jù)扭矩計(jì)算公式：T=kt·F·d，后蓋緊固螺栓的直徑為0.02m，根據(jù)螺栓扭矩計(jì)算一般經(jīng)驗(yàn)取kt＝0.2，當(dāng)軸向力減少3659N 時(shí)，螺栓扭矩減少變化為0.2×3659×0.02=14.6 N·m。

結(jié)合上述計(jì)算，在溫度升高時(shí)，其預(yù)緊力變化后仍可以滿足安全運(yùn)行要求。

為進(jìn)一步驗(yàn)證該車型運(yùn)行后的情況，對(duì)在線運(yùn)行的一列車軸箱后蓋緊固螺栓進(jìn)行了檢查，檢查之前，確認(rèn)螺栓用防松鐵絲狀態(tài)良好、防松標(biāo)記未出現(xiàn)錯(cuò)位，隨后使用規(guī)定扭矩在28℃情況下進(jìn)行校驗(yàn)，僅出現(xiàn)2 個(gè)螺栓輕微轉(zhuǎn)動(dòng)，其他螺栓未出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)情況。

4 結(jié)語

綜上所述，該車型軸箱后蓋緊固螺栓扭矩變化是因?yàn)殇X合金軸箱體、軸箱軸承材料線膨脹率不同導(dǎo)致，而其現(xiàn)有的扭矩要求滿足運(yùn)行安全要求。

同時(shí)，為能更好地控制組裝質(zhì)量，后續(xù)軸箱組件組裝須保證在恒溫（20±2.5℃）條件下進(jìn)行。

［1］濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)［M］.北京：高等教育出版社，2005.

［2］GB/T4339-2008 金屬材料熱膨脹特征參數(shù)的測(cè)定［S］.