某車型備輪架翻轉臂鎖緊螺栓失效問題分析與解決

閆柱，靳云云，趙明，余超

（1.陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200；2.陜西保利特種車有限公司，陜西 西安 710200）

1 問題的提出

根據我公司售后市場及某上裝單位問題反饋，我公司某車型新定型的備輪架翻轉臂鎖緊螺栓使用過程中批量性存在松動、甚至脫落、斷裂的問題，嚴重情況下有致使車輛翻轉臂斷裂的重大風險，初步原因分析為該處螺栓擰緊力矩不足導致上述問題的發生。

2 現狀分析

2.1 按照圖紙中所要求的力矩進行緊固（螺栓規格為Q150B16100，緊固力矩為202Nm±20Nm），但在螺栓緊固過程中發現翻轉臂矩形鋼及平墊圈在鎖緊螺栓未達到所要求的力矩時已經出現內凹變形的現象。2.2 經試驗分析認為研究院此處選用的平墊圈強度不足，隨將此處平墊圈增加為2個進行力矩復緊試驗，依然出現在力矩未達到要求時墊圈變形、翻轉臂矩形鋼一起內凹變形的問題。初步方案，將此處墊圈更換為某型厚墊塊，擰緊力矩按202Nm±20Nm擰緊后未發現厚墊塊及翻轉臂矩形鋼內凹變形現象。

圖1

2.3 為驗證更換厚墊塊后的效果，對裝配厚墊塊的1輛份某車型進行1500Km道路試驗，試驗過程中對鎖緊螺栓力矩值進行測量，結果如下：

表1

試驗結果表明鎖緊螺栓初始緊固力矩符合設計要求，但車輛長距離運行后螺栓依然存在松動的問題。初步分析結果認為，螺栓松脫主要原因不在于緊固力矩不達標，而在于鎖緊螺栓在車輛行駛過程中因翻轉臂軸向與徑向運動導致松動。

2.4 為進一步對上述結論進行批量性驗證，同時對備輪架鎖緊螺栓和封板螺紋及備胎磨損進行分析，對20輛發運至上裝廠家的某車型隨車跟蹤監測備輪架鎖緊螺栓力矩實時情況。其中10輛份所用平墊圈為Q40130（較薄），初始螺栓擰緊力矩為140Nm±14Nm，10輛使用厚墊塊，初始螺栓擰緊力矩為202Nm±20N。終點處將部分車輛備輪架鎖緊螺栓拆卸后發現少量螺栓螺紋有輕微磨損。備輪架搖臂磨損嚴重，如圖所示。

圖2

2.5 經過1500Km高速路試及1600Km的綜合路面測試，發現備輪架鎖緊螺栓力矩達到設計要求（即202Nm±20Nm），也無法防止螺栓松脫，且鎖緊螺栓松脫后極易造成斷裂。從實測螺栓力矩數據、螺紋損傷情況及備輪架立柱磨損情況進行分析，車輛在行駛過程中，由于備輪在空間多維度的運動，既有縱向晃動，還有橫向的晃動，且晃動幅度與頻率與路況、車速均有關系，導致螺栓易松脫，使螺栓易從螺紋孔中旋出，螺栓旋出后力矩越來越小，備輪架晃動幅度越來越大，矩形方鋼的中空結構和長條孔結構極易造成松動的螺栓斷裂及備輪架立柱封板處螺紋損壞。

備輪架在車輛行駛過程中上下及前后均有晃動，此結構為懸臂梁結構，所有受力均集中在鎖緊螺栓處，鎖緊螺栓在車輛行駛過程中隨著備輪架的上下前后晃動而晃動，如此方式極易使螺紋受損直至螺栓斷裂。受力簡圖如圖所示。

圖3

此外，從備輪架固定叉處磨損情況來看，受長期不斷的磨損，備輪架翻轉臂斷裂的風險極大。

3 改進方案及結論

經過數據分析可以判斷出，鎖緊螺栓松脫及斷裂根本原因不在于初始擰緊力矩不達標，而在于備輪架鎖緊結構本身，在車輛行駛過程中由于晃動而使螺栓逐漸松脫，因此首先要解決的是防松問題。

針對螺紋副的松動，設計了增加防松支架、更改鎖緊螺栓緊固方向、增加蝶形彈簧三種防松方案，經路試效果對比驗證，最終采用在該車型備輪架翻轉臂鎖緊螺栓處使用厚墊塊并增加碟形彈簧防松，并將螺栓加長至 105mm（原長100mm）。鎖緊螺栓在初始緊固力矩達到150Nm條件下，路試1000Km拆卸螺栓后，封板螺紋及螺栓螺紋未見明顯損傷，且碟簧無明顯變形，從備輪架磨損情況來看，備輪架晃動幅度較小，說明此種固定方式可有效鎖緊并防止力矩衰減。