樂(lè )清市光連標準件廠(chǎng)歡迎您的光臨!

重型卡車(chē)車(chē)輪螺母選型分析

發(fā)表時(shí)間:2019-01-02

  文章通過(guò)對標分析, 結合相關(guān)標準文件及計算對重型卡車(chē)車(chē)輪螺母選型進(jìn)行了分析, 主要從車(chē)輪螺母失效形式、車(chē)輪螺母結構、車(chē)輪螺母裝配工藝燈方面進(jìn)行了解析, 從而有效改善了車(chē)輪螺母售后失效率高的現象, 將售后失效率由1%降低到0.1%以下。

  1、車(chē)輪螺母故障模式及失效分析

  車(chē)輪螺母在售后市場(chǎng)表現出的故障模式主要為與其配合的螺栓出現斷裂、滑扣現象, 最終導致輪胎脫落等重大質(zhì)量問(wèn)題, 模式圖片如下:

  圖1                         圖2                      圖3

  2014年7月到2015年6月, 車(chē)輪螺栓故障情況如下:售后故障數共計4298起, 螺栓索賠金額達107.5萬(wàn)元, 車(chē)輪螺母索賠金額約達9萬(wàn)元。

  羅太螺栓花絲斷裂后, 加速了制動(dòng)鼓龜裂、摩擦片異常磨損、輪輞斷裂、輪邊減速器故障的發(fā)生。

  1.1 車(chē)輪螺栓為什么會(huì )滑絲、斷裂?

  經(jīng)對2014年7月到2015年6月失效模式分析, 其中螺紋牙型產(chǎn)生明顯的軸向拉伸變形的故障現象約占60%, 斷裂故障模式約占40%, 其中桿部斷裂面為明顯帶疲勞裂紋的故障約占25%, 螺紋部斷裂面明顯帶疲勞裂紋的約占75%。

  將螺栓按VDI2230標準進(jìn)行計算結果如下:

  表 1

  從上述計算結果可看出, 螺栓桿部疲勞強度的安全裕度很大, 說(shuō)明斷裂失效時(shí)“先松、后斷”。

  對失效主要影響因子羅列如下:滑絲故障主要從螺紋牙第一扣開(kāi)始出現滑絲, 從工藝影響因素考慮, 包括摩擦系數過(guò)大, 配合后產(chǎn)生粘滑, 或摩擦系數國小, 導致軸力過(guò)大, 螺紋牙出現塑性變形。

  從設計因素考慮, M22螺栓的規格太小, 不適合國內使用工況, 或螺紋旋合長(cháng)度不足, 導致螺紋處載荷過(guò)大, 導致塑性變形失效。

  斷裂故障前面分析為先松后斷, 主要印象因素為摩擦系數過(guò)大, 軸向力不足, 或摩擦系數不穩定, 軸向力不均勻, 或螺栓螺母連接件結構不合理, 放松退性能差。羅列圖標如下:

圖 4

  2、三大主機廠(chǎng)對比

  通過(guò)索賠金額按相同方法推算三大主機廠(chǎng)售后索賠, 情況如表2。

  表 2

  從表2可看出, 陜汽與其他主機廠(chǎng)相比, 索賠金額居高, 通過(guò)對三家產(chǎn)品結構進(jìn)一步分析, 得出產(chǎn)品具體結構及表面處理工藝如表3。

  表 3

  結論為陜汽車(chē)輪螺母摩擦系數散度過(guò)大, 螺紋有效旋合長(cháng)度最小, 進(jìn)一步對標德國MAN原裝車(chē)輪螺母, 該螺母設計有“薄壁帶螺紋”結構, 進(jìn)一步均布前幾扣螺牙載荷。

  3、摩擦系數和表面工藝的影響分析

  摩擦系數影響分析

  根據SCHATZ的相關(guān)實(shí)驗數據, 相同的安裝扭矩, 摩擦系數u=0.08和u=0.16時(shí), 其螺栓摩擦下屬和扭矩的關(guān)系如下圖所示:

圖 5

  結論為相同扭矩下, u=0.08所產(chǎn)生的軸向夾緊力比u=0.16提高了81.8%。

  3.1 那么究竟多大的摩擦系數最合適?

  以M22×1.5強度等級為10.9級螺栓為例, 實(shí)驗結果如下:

圖 6

  可見(jiàn), 為提高同規格螺栓的最大允許預緊力, 應適當減小螺紋的摩擦系數。而德國VDI標準中推薦螺母摩擦系數應該不小于0.08, 從而避免松動(dòng)的問(wèn)題, 不大于0.2, 從而避免粘滑效應、螺栓利用率低等問(wèn)題。MAN183標準推薦為0.08-0.14。

  3.2 表面工藝影響分析

  表面工藝不同的情況下, 各取10套產(chǎn)品進(jìn)行重復擰緊實(shí)驗, 實(shí)驗記錄數據如下:

圖 7

  10次重復擰緊的結論:鍍鋅+鍍鋅+潤滑脂的表面處理產(chǎn)品, 實(shí)驗驗證摩擦系數變差最大, 達到0.09;

  鍍鋅+鍍鋅+穩定劑的表面處理產(chǎn)品, 摩擦系數變差為0.05;

  磷化+磷化的表面處理產(chǎn)品, 摩擦系數變差最穩定, 不到0.02。

  4、螺母結構的影響分析

  4.1 螺紋有效旋合長(cháng)度的計算

  根據VDI12230標準, 利用Launch Zthread軟件計算, 結論為Meff=21.11, 得到安全的有效旋合長(cháng)度為14扣。

圖 8

圖 9

  4.2前幾扣受力螺紋牙結構

  由此可見(jiàn), 由11扣提升至14扣, 第一扣載荷占比由23.20%降低為21.50%, 降低了7.3%, 扣數由14提升至16時(shí), 第一扣載荷占比由21.50%降低為20.88%, 降比僅為2.7%, 降幅不大。

圖 10

  5、幾種改進(jìn)方案的對比分析

  根據前面分析得出表4:

  表 4

        最終確定方案如下:

  方案一:螺母總高27更改為29, 要求該費用參考MAN結構, 有效旋合扣數15扣, 且保證前兩扣延伸至墊圈部位, 提高連接強度。成本分析為, 螺栓成本不變, 螺母高度增加2mm, 下料重量增加0.02kg, 每年約增加120噸鋼材成本。

  方案二:螺栓增加5mm, 螺母總高由27更改為32, 要求供應商參照MAN結構, 有效旋合可達17扣, 且保證前兩扣延伸至墊圈部位, 提高連接強度。

  成本分析為, 螺栓總高增加5mm, 重量增加0.015kg, 螺母增加高度為5mm, 下料重量增加0.05kg, 每年約增加390噸鋼材成本。

Copyright 版權所有 ? 樂(lè )清市光連標準件廠(chǎng) 技術(shù)支持: 易緊通 GlobalFastener