交叉桿組成端頭內螺紋組裝工藝淺析

鄒建美 余志清 張學云 吳玉川 姚毅

摘要：針對轉K6型轉向架交叉桿組成端頭內螺紋存在損壞和應用過程中螺栓松脫問題，對交叉桿端頭內螺紋結構特征、目前的成品檢測、組裝進行詳細的工藝性分析研究比較，并提出了自己的淺見。

關鍵詞：螺紋結構特點;施必牢;檢測;計算比較

中圖分類號：U270.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）05-0031-02

0? 引言

交叉桿組成是轉K6型轉向架關鍵零部件之一，在生產過程中常出現交叉桿組成端頭內螺紋和螺栓外螺紋破壞的現象，嚴重影響了轉K6型轉向架的生產次序及工藝質量控制;同時在鐵路貨車運用過程中，也曾出現過交叉桿組裝螺栓脫落事故，威脅到貨車運行安全。因此，有必要對交叉桿組成端頭內螺紋狀況和組裝等做全面的工藝性分析研究。

1? 交叉桿組成端頭內螺紋結構

交叉桿組成端頭內螺紋，原為普通M24×3內螺紋，為了提高我國鐵路貨車轉向架交叉支撐裝置組裝的可靠性和運用安全性，中車齊車公司引進了美國施必牢公司（英文名稱Spiralock Corporation，簡化為SPL）的專利技術，是一種獨特設計的，有預加載鎖緊的內（母）螺紋結構，它具有防螺紋松脫的抗橫向振動的異常能力。

2? 施必牢（SPL）螺紋特點分析

施必牢（SPL）螺紋與標準螺紋相比較，各螺紋扣載荷均勻。使用施必牢（SPL）內螺紋可不再需要任何其它螺紋防松方法，如鎖緊墊片、螺紋膠、銷或填入物等。其所以能有鎖緊的作用，完全是依賴其母螺紋的幾何形狀。

如圖1所示[1]，為施必牢（SPL）內螺紋牙型和普通內螺紋牙型受力圖示，施必牢（SPL）內螺紋一般均與普通外螺紋匹配，特點是在內螺紋的牙底處有一個30°的楔形斜面，當螺栓螺母相互擰緊時，螺栓的牙尖就緊緊地頂在施必牢螺紋的楔形斜面上，從而產生了較大的鎖緊力。由于牙形的角度改變，使施加在螺紋間接觸所產生的法向力與螺栓軸成60°角，而不是象普通螺紋那樣的30°角。顯然施必牢（SPL）螺紋法向壓力遠遠大于扣緊壓力，因此，所產生的防松摩擦力也就必然大大增加。正由于施必牢（SPL）螺紋由于牙底有一個30°角的楔形斜面，其法向壓力的角度、大小均有改變，法向壓力P=2Pɑ。這樣，施必牢（SPL）螺紋與傳統60°螺紋，二者的法向壓力之比≈12∶7，施必牢螺紋的防松摩擦力相應地增加了。施必牢（SPL）螺紋的楔形面還可以消除普通螺紋受力不均勻、脫扣咬死等問題。普通常規的60°V形螺紋，在其第一螺紋嚙合面和第二螺紋嚙合面承載了70-80%的負荷，而以后幾個嚙合面承受的負荷很少。這樣，普通螺紋緊固件在工作振動負荷條件下，就很容易克服螺紋接觸面上的鎖緊力而產生轉動，進而松脫。施必牢（Spiralock）內螺紋有可靠的抗震防松性能，也可重復使用。

3? 施必牢內螺紋檢驗技術要求

由于施必牢螺紋的牙形特殊，因此，施必牢螺母內螺紋的檢測必須使用美國施必牢專用螺紋塞規。專用螺紋塞規為三件一套：它包括一支通規，一支斜面止規及一支中徑止規。施必牢量規進入所測量的螺母的方向應與螺栓進入螺母的方向相同。施必牢螺紋塞規是有專利的量具，塞規的精確度應符合美國軍工產品技術規范。

4? 交叉桿組成端頭內螺紋加工成品現狀

端頭內螺紋M24×3檢查用通止塞規是通過外商從美國施必牢公司采購，但施必牢公司不提供配套計量檢測用環規，全路多數交叉桿組成制造單位和使用單位暫時還沒有統一對通止塞規的計量方法。為了更進一步了解施必牢內螺紋的結構特征，對組裝生產現場的交叉桿組成進行了抽樣，采用施必牢的M24內螺紋通止規按照檢查要求分別對兩兄弟廠家（A和B）制造的交叉桿組成成品內螺紋進行了通止檢查各10件，所有內螺紋通止檢查均為“合格”。再在其中抽樣將內螺紋進行剖解加工后，送公司檢測中心進行牙型檢測分析，檢測報告為：廠家標識為“A”的交叉桿端頭內螺紋M24牙型參見圖2所示，廠家標識為“B”的的交叉桿端頭內螺紋M24牙型參見如圖3所示。從檢測報告中的圖示可以看出，圖2所表現的螺紋外形曲線與施必牢（SPL）內螺紋牙型曲線特征相似，圖3所表現的螺紋外形曲線與普通粗內螺紋牙型特征相似。可見，雖然用專用通止塞規檢測合格的產品，但兩種交叉桿端頭內螺紋牙型存在差異。

5? 交叉支撐裝置螺栓組裝參數

交叉桿螺栓組裝零部件如圖4所示，其組裝流程為：交叉桿端頭→橡膠墊→保持環→支撐座→保持環→橡膠墊→鎖緊板→標志板→雙耳墊圈→螺栓。

5.1 交叉支撐裝置螺栓組裝用零部件主要尺寸及參數見表1。

5.2 參數計算

5.2.1 有效螺紋配合長度計算

螺栓組裝理論配合長度為140-2-0.5-10-（22.3×2）-24.16=58.74mm，除去交叉桿端沉孔深25.4mm，所以有效螺紋配合長度為：

58.74-25.4=33.34mm

5.2.2 軸向力計算

螺栓擰緊力矩T（N.mm）：T=K×F0×d（N.mm）（1）[2]

其中：K—擰緊力矩系數;F0—軸向力;d—螺紋公稱直徑（mm）。

擰緊力矩系數K=×tg（φ+ρv）+×（2）[2]

其中：d2—螺紋中徑;φ—螺紋升角;ρv—螺紋當量摩擦角，ρv=arctg fv;DW—螺栓頭部內側凸臺直徑;d0—雙耳墊圈孔徑，取？準26mm;fv—螺紋當量摩擦系數，取0.15;??????????????? f—螺母與被連接件支撐面之間的摩擦系數，取0.15。

螺紋升角通過tgφ=s/πd2， （s為螺紋節距）

φ=arctg==2.48°

螺紋當量摩擦角，ρv=arctg fv=arctg 0.15=8.53°

按照交叉支撐裝置產品圖QCZ133-70-00技術條件要求“2”，交叉桿軸端螺栓擰緊力矩T為675～700N.m;將以上所有數據代入公式（2）計算得K的值，再將T、K、d值代入公式（1），計算得：螺栓組裝軸向力F0≈6326.65～78257.25N≈63～78kN。

交叉支撐裝置螺栓組裝情況，橡膠墊在支撐座內外側各一個，單個橡膠墊厚度24.8mm，組裝完成后厚度約為22.3mm，壓縮約2.5mm。

參見圖5的檢測報告，1件橡膠墊載荷35.4kN時位移2.24mm，第2件橡膠墊載荷35.7kN時位移2.28mm。螺栓組裝時，2件橡膠墊各壓縮2.5mm，軸向壓力實際應在：2×35.4kN=70.8kN，與上面的軸向力計算結果基本吻合。

6? 結論

從以上情況可以看出，為了更好地應用好施必牢防松防振內螺紋，使其在轉K6型轉向架交叉支撐裝置零部件中發揮更加良好的作用，提升轉向架運用性能，還應做到以下幾點：①規范交端頭內螺紋的加工工藝，嚴格按照施必牢內螺紋結構技術要求進行加工，使交叉桿端頭內螺紋更加符合施必牢技術特征和技術條件，在運用中發揮其特有的功能和優點;②進一步規范施必牢防松內螺紋M24×3檢查用通止塞規的管理，制訂統一的通止塞規周期計量標準和方法，更有效地監督控制交叉桿端頭內螺紋加工質量;③嚴格按照交叉支撐裝置組裝技術條件進行組裝，控制交叉桿軸端螺栓組裝扭矩在675～700N.m范圍內。

參考文獻：

[1]美國施必牢公司（Spiralock Corporation）內螺紋（螺母）專利技術簡介.

[2]成大先主編.機械設計手冊[M].第3版，第2卷.