某轻型卡车后桥车轮螺栓松动问题分析及优化

向 莎

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某轻型卡车后桥车轮螺栓松动问题分析及优化

向 莎

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

本文主要通过对某轻型卡车后桥车轮螺栓松动问题进行分析，找出了松动产生的原因和机理，并相应进行了改进设计。最后对改进设计的样件进行了实物验证，证明了改进是有效的。通过本次故障分析和优化设计，也为同类结构的车轮螺栓设计提供了几个关键控制因素，为解决同类问题提供可供参考的思路。

车轮螺栓；滚花；过盈量

CLC NO.:U466Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)07-82-03

引言

车轮螺栓是后桥上一个十分重要的紧固件，通过车轮螺母将车轮总成固定在后桥上，使车轮实现其承载和传递动力的作用。某轻型卡车经过3000km高环试验后，拆解车轮对制动器进行例行检查时，发现车轮螺栓松动、跟转，车轮无法拆解。本文通过对车轮螺栓松动的分析，探究其故障原因，并提出优化措施，为解决类似问题提供一条可参考的途径。

1、后桥车轮螺栓松动分析

本次研究的某轻型卡车后桥车轮螺栓是通过滚花压装在轮毂上的，结构见图1。试验场反馈，在拆解车轮螺母时，螺栓跟转，无法拆下。接到故障反馈后，立即着手对故障件进行了螺栓压脱力测试，并和某标杆进行了对比。对比结构见表1。

表1 故障件和某标杆螺栓压脱力对比

压脱力测试显示，故障件的压脱力远小于标杆。根据螺栓的受力特点分析，其产生松动的机理可能有下述四种：

（1）螺栓压装后垂直度较差，导致螺母打紧后螺栓受力不均，螺栓产生了歪斜，使螺栓和轮毂的配合产生了松动；

（2）螺栓与轮毂配合的过盈量偏小；

（3）轮毂和螺栓材料选择不合理、硬度不足；

（4）螺栓滚花齿高不足，结构设计不合理。

上述四种情况中任意两种或两种以上同时出现时，也会导致螺栓产生松动。下文中将逐个验证上述各因素对螺栓松动的影响，排除干扰因素，从而找到主因，并实施相应的改进措施。

1.1 螺栓垂直度检测

为了判定螺栓垂直度是否满足使用要求，我们对故障件及同批次样件进行了螺栓垂直度检测，和某标杆进行了对比。检测结果见表2：

表2 螺栓垂直度检测结果

从检测结果可以看出来，故障件及同批次的样件螺栓垂直度均符合设计要求，同时也和标杆保持一致。

1.2 螺栓压入过盈量检测

我们通过检测故障件螺栓压出后螺栓孔尺寸和螺栓尺寸来计算其过盈量，并和标杆进行对比，以判断其过盈量是否合理。检测结果见表3：

表3 螺栓过盈量检测结果

从检测结果可以看出，标杆件螺栓和螺栓孔的过盈量在0.19-0.38之间，而故障件除1#螺栓过盈量为0.03外，其余四个螺栓均出现了间隙配合，这显然是不合理的。图纸要求，压装前螺栓滚花处直径为Φ14.2（0，+0.5），螺栓孔直径为Φ14（0，+0.03）。从表2可以看出，螺栓压出后，螺栓孔明显被“胀大”了，而螺栓滚花处的直径缺明显减小了。

1.3 螺栓、轮毂材料及硬度检测

我们通过对故障件和标杆进行材料及硬度检测，来判断故障件的材料选择是否合理、螺栓和轮毂的硬度是否匹配。材料检测结果见表4：轮毂和螺栓硬度检测见表5：

表4 螺栓、轮毂材料检测结果

表5 螺栓、轮毂硬度检测结果

从表4和表5的检测结果可以看出，螺栓和轮毂材料和标杆相同，但是轮毂的硬度明显低于标杆件。

1.4 螺栓滚花结构检测

我们将故障件螺栓和标杆件螺栓放在一起比较发现，两者结构存在不同，如图2所示：

两者存在三点差异，见表6：

表6 故障螺栓和标杆螺栓对比

查阅JASO C610车轮螺栓标准，滚花必须贯穿台阶面。明显故障件的螺栓不符合设计要求。

1.5 检测数据分析

通过上述检测，螺栓压装后的垂直度是满足设计要求的，并且和某标杆车保持一致。由于轮毂硬度较低，而螺栓滚花未贯穿台阶面，导致在螺栓压装过程中，轮毂螺栓孔被台阶面胀大，滚花失去了作用效果。我们对故障件轮毂和标杆件

轮毂进行了破坏检测，也证实了此观点。

我们将螺栓压出后，对轮毂螺栓孔进行观察发现，故障件螺栓孔非常光滑，而标杆件螺栓孔已经被螺栓滚花压出了很深的痕迹。见图3所示。

2、优化改进

2.1 改进措施

根据上述分析，我们对车轮螺栓、轮毂进行了相应的改进设计。具体改进措施如下：

（1）将螺栓滚花后齿寸调整为Φ14.3（0，+0.05），螺孔尺寸调整为Φ14（0，+0.03），则其过盈量为0.27-0.35，与标杆保持一致。

（2）将轮毂硬度提升至190HB-210HB，与标杆保持一致；

（3）将螺栓滚花结构完全按照标杆进行设计，齿数调整为44，滚花贯通台阶面，并在螺帽处留3mm光杆。

2.2 改进后的实施效果

（1）对改进后的样件进行了螺栓压脱力检测，检测结果如表7所示

表7 整改件螺栓压脱力与故障件对比

从表7的检测结果可以看出，整改件螺栓压脱力已明显大于故障件，并达到标杆水平。

（2）将整改件螺栓压出后，我们又对轮毂螺栓孔进行了检查，螺栓孔已经被螺栓滚花压出了明显的痕迹，和标杆非常类似，如图4所示。

（3）对整改件进行了上述两项检测后，我们制作了一台后桥，在实验车上进行了可靠性路试，期间每500公里对车轮螺栓进行拆解，进行车轮换位，经过3万公里路试后，车轮螺栓完好，未再次出现松动。

3、结论

通过以上分析，最终得出一下结论：

（1）本次研究的某轻型卡车后桥车轮螺栓松动主要是因为螺栓滚花结构不合理、轮毂硬度偏低，导致压装后过盈量不足、且滚花为起作用引起的；

（2）通过对整改件的试验验证，说明整改是有效的；

（3）通过本次故障分析及优化设计，我们了解了滚花压装结构的车轮螺栓设计时，应该考虑的因素包括：

a. 滚花结构，包括滚花位置、齿数、滚花直径；

b. 滚花直径和轮毂螺栓孔直径的配合，要有合理的过盈量；

c. 螺栓和轮毂硬度匹配要合理；

d. 螺栓压装后的垂直度要严格控制，以免螺栓偏载导致松动。

[1] 余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2000.

[2] 刘惟信.汽车设计[M].北京：清华大学出版社，2001.

[3] JASO C610 车轮螺栓设计标准.

Bridge wheel bolts loose after a problem analysis and optimization of light trucks

Xiang Sha
(Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd.,Anhui Hefei 230601)

In this paper, through the bridge after a light truck wheel bolts loosening problem analysis to identify the causes and mechanism of loose produce, and accordingly improved design. Finally, the improved design for the sample kind have proved to be effective for the improvement. Through this failure analysis and design optimization, but also for the wheel bolt design similar structure provides several key controlling factors for solving similar problems provided for reference ideas.

Wheel bolts; Knurled; Interference

U466

A

1671-7988(2014)07-82-03