分体式轴箱体螺栓紧固工艺研究

魏垂裕 隋靖

摘要：轴箱体是高速动车组列车的关键零部件，在铁路运输中起着重要作用，是车辆安全稳定运行的基本保障。因为螺栓紧固过程中各螺栓间的相互弹性作用，本文主要研究分体式轴箱体螺栓紧固工艺，寻找出对轴箱组装尺寸影响最小的螺栓紧固方法。

关键词：动车组;分体式轴箱体;螺栓紧固方法

1.引言

近年来，随着高速动车组列车的不断发展，高速动车组列车已成为人们出行的主要工具之一，车辆速度越高，其各零部件的服役环境越恶劣，对其安全性与可靠性的要求就越高。轴箱体安装在铁路车辆车轴的两端轴颈上，联结轮对和转向架构架，是铁路列车保证舒适和安全的关键部件之一。目前部分高速动车组列车采用分体式轴箱体的结构，但轴箱体轴承孔尺寸不稳定，易发生变形，导致列车的制造成本提高，生产周期加长。分体式轴箱体设计采用上、下箱体组合的结构形式，通过六颗螺栓连接箱体的上下两部分。本文旨在研究螺栓组装过程对轴箱体尺寸形变的影响，提出解决措施，提高分体式轴箱体组装的合格率。

2.螺栓预紧力分析

螺栓预紧能够提高联接的可靠性、防松能力，加强联接的紧密性和刚性，避免被联接件间在受载后出现相对位移，而且当被连接件受变载荷时还能够提高螺纹联接的疲劳强度。因此，确定螺栓的预紧力是相当重要的。

螺栓和螺母拧紧连接时受力分析如图1所示，由受力分析可知，拧紧力矩Tt 主要用于两部分：一部分克服螺纹副摩擦力矩T1;另一部分克服螺母支承面力矩T2，如图1-a所示。拧紧过程中，螺母通过力的相互作用将力矩传递到螺栓，并与螺栓头表面的支承面力矩T3和夹持力矩T4保持平衡，见图1-b所示。

3.轴箱体螺栓拧紧方法

目前，在动车组制造企业的实际生产中，螺栓连接拧紧的主要方法有扭矩法、扭矩-转角法、屈服点法和伸长量法。下面对这几种拧紧方法进行分析。

3.1扭矩法

扭矩法是目前最普遍的螺栓拧紧方法。扭矩法的工作原理是根据拧紧螺栓的扭矩与预紧力在弹性区域内呈线性关系，按照控制扭矩来实现控制螺栓预紧力的方法以达到拧紧的目的。

3.2扭矩-转角法

扭矩-转角法是先将螺栓拧紧到一定的初始扭矩后，然后再接着拧紧螺栓使其转动一个角度，此方法相当于在扭矩法拧紧螺栓的基础上再拧紧一个角度，以达到所需的预紧力。

3.3屈服点法

屈服点法是使用计算机实时监控拧紧过程中螺栓扭矩与转角的关系，计算扭矩-转角曲线的斜率并绘制出图，通过斜率的变化来确定屈服点。当斜率出现明显下降时，螺栓达到屈服点，计算机就会发出信号，停止螺栓的拧紧过程。

3.4伸长量法

伸长量法是在螺栓拧紧过程中，使用测微仪等仪器直接测量出螺栓的伸长量。通过这种方法控制伸长量来达到控制预紧力的目的。

4.轴箱体螺栓的拧紧顺序试验

为了验证螺栓组拧紧顺序对分体式轴箱体轴承孔尺寸稳定性的影响，运用实验法对轴箱体螺栓组拧紧顺序进行研究。在3节中我们分析了目前螺栓常用的拧紧方法，每种拧紧方法都各有其优缺点，扭距法操作简单便捷，不必采用高精密仪器与设备，只需通过普通的扭矩扳手进行螺栓的拧紧，且对于有操作空间限制的装配，也能实现螺栓的拧紧，并且还可以通过选用高规格的扭矩扳手来提高拧紧精度。因此，结合实验条件与实验成本，本实验选用扭矩法进行分体式轴箱体螺栓组拧紧实验。

对螺栓进行标号如图2所示。本文采用四种拧紧顺序对轴箱体螺栓组拧紧工艺的影响进行分析，分别为顺序一：依次拧紧 1-2-3-4-5-6，顺序二：对角拧紧 2-5-1-4-3-6，顺序三：对角拧紧1-4-3-6-2-5，顺序四：同时拧紧。

通过一次拧紧的方式进行轴箱体螺栓组的拧紧实验，分析螺栓组装配顺序对分体式轴箱体轴承孔尺寸稳定性的影响。每次拧紧实验后，检测不同拧紧顺序所对应的轴承孔不同截面、不同深度位置的尺寸，通过检测螺栓不同拧紧顺序下轴箱体变形可以看出：四种拧紧顺序中，轴箱体变形最小的是顺序四同时拧紧，其次是对角拧紧顺序二、顺序三，顺序一依次拧紧发生的变形最大。对每一轴箱体整体来说，螺栓处较其他位置变形更大，其他位置的变形非常微小。

5.结 语

本文首先进行了螺栓预紧力分析，阐述了螺栓紧固的几种方法。通过试验对比螺栓依次拧紧、对角拧紧、同时拧紧时对轴箱体轴承孔尺寸的影响，得出同时拧紧好于对角拧紧，对角拧紧好于依次拧紧。通过螺栓组拧紧实验得出，采用对角拧紧对轴承孔尺寸的稳定性好于依次拧紧，轴承孔变形更小。采用手工装配螺栓组的方式下，使轴箱体轴承孔变形最小的螺栓组拧紧顺序为对角拧紧 2-5-1-4-3-6。通过此顺序进行轴箱体螺栓紧固，可以提高分体式轴箱体组装的合格率，提升动车组制造质量水平。

参考文献：

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