重卡用環(huán)槽鉚釘?shù)男阅苎芯?/h1>
2022-09-30 00:54:20文博桂顯明
汽車零部件 2022年9期
文博，桂顯明
眉山中車緊固件科技有限公司，四川眉山 620010
0 引言
現(xiàn)有重卡緊固連接方式一般使用半圓頭鉚釘、螺栓、環(huán)槽鉚釘進(jìn)行緊固連接。國內(nèi)多采用半圓頭鉚釘+螺栓連接方式，環(huán)槽鉚釘只是初步應(yīng)用，如東風(fēng)重卡、宏泰專用汽車、昌驊專用車等。環(huán)槽鉚釘連接技術(shù)作為一種成熟可靠的新型拉鉚連接技術(shù)，在國外重卡行業(yè)已得到了大批量的推廣運用，如Mack、奔馳、斯堪尼亞、萬國、沃爾沃等重卡巨頭都在重卡底架、懸掛等需要防松的部位大量使用短尾環(huán)槽鉚釘。
1 環(huán)槽鉚釘介紹
相較于半圓頭鉚釘和螺栓連接，環(huán)槽鉚釘新型鉚接技術(shù)具有安裝簡單快速、強度高、軸力穩(wěn)定、防松性能好等顯著優(yōu)勢，適用于重型載貨汽車車架、大客車底盤等載荷要求較高的行業(yè)。經(jīng)過多年的努力研究，終于實現(xiàn)了環(huán)槽鉚釘?shù)膰a(chǎn)化，制定了GB/T 36993—2018《環(huán)槽鉚釘連接副技術(shù)條件》國家標(biāo)準(zhǔn)，并將環(huán)槽鉚釘推廣應(yīng)用到各個領(lǐng)域。
1.1 鉚接原理
環(huán)槽鉚釘利用虎克原理，采用鉚接工具擠壓套環(huán)發(fā)生塑性變形，將套環(huán)金屬擠入鉚釘環(huán)槽內(nèi)，完成永久性連接，安裝示意如圖1所示。安裝步驟如下：
圖1 安裝示意
(1)鉚釘穿入安裝孔，套環(huán)套在釘桿上；
(2)鉚槍槍頭頂在釘桿尾部，使卡爪卡入拉槽；
(3)按住鉚接開關(guān)開始鉚接，鉚槍鐵砧擠壓套環(huán)，最快3 s完成鉚接；
(4)鉚接完成后，退出鉚槍。
1.2 鉚接設(shè)備
鉚接設(shè)備有智能液壓泵站(圖2)、高壓油管、鉚接槍(圖3)。鉚接工作時，液壓泵站輸出壓力，通過高壓油管傳遞到鉚接槍，推動槍頭擠壓套環(huán)完成鉚接。
圖2 智能液壓泵站
圖3 鉚接槍
2 重卡緊固連接方式
國內(nèi)重卡常見半圓頭鉚釘+螺栓連接方式如圖4所示。其成本較低，但半圓頭鉚釘性能較低，在承受交變載荷等復(fù)雜工況時，螺栓和半圓頭鉚釘松脫和斷裂的風(fēng)險較大，實際使用時，需要定期檢查螺栓和鉚釘是否緊固，并及時進(jìn)行維護(hù)。圖5為國內(nèi)某款重卡采用環(huán)槽鉚釘進(jìn)行連接，具有強度高、軸力穩(wěn)定的優(yōu)勢，且由于環(huán)槽鉚釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)具有很好的防松性能，無須經(jīng)常檢查維護(hù)，節(jié)約維護(hù)成本。
圖4 半圓頭鉚釘+螺栓連接方式
圖5 環(huán)槽鉚釘連接方式
3 環(huán)槽鉚釘對比分析
3.1 強度對比
環(huán)槽鉚釘和螺栓相對于半圓頭鉚釘具有較高的強度和抗剪性能，表1為M14鉚釘和螺栓的性能對比。由表中的數(shù)據(jù)可以看出，半圓頭鉚釘機械性能最低，與螺栓和環(huán)槽鉚釘相差較大，環(huán)槽鉚釘?shù)目辜袅Ρ嚷菟ǜ叱?0%左右，重卡貨車飛機梁等主要部位緊固件受力主要為剪切力，所以環(huán)槽鉚釘性能最好。
表1 M14鉚釘和螺栓的性能對比
3.2 軸力穩(wěn)定性
在同等規(guī)格條件下，環(huán)槽鉚釘能提供更大的軸力，且具有良好的軸力穩(wěn)定性。鉚釘和螺栓的軸力對比曲線如圖6所示。由圖可以看出，10.9R環(huán)槽鉚釘?shù)妮S力較同等級的螺栓提升了20%，與12.9級螺栓相當(dāng);同等級環(huán)槽鉚釘軸力浮動在10%以內(nèi)，螺栓軸力浮動卻超過30%。在同一應(yīng)用條件下，環(huán)槽鉚釘能夠有效減少鉚接數(shù)量，在結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計的同時提供更高的連接強度，提升結(jié)構(gòu)可靠性。
圖6 鉚釘和螺栓的軸力對比曲線
3.3 防松性能
防松性能對比如圖7 所示。由圖可以看出，環(huán)槽鉚釘與傳統(tǒng)螺栓相比能有效消除釘桿與套環(huán)之間的橫向間隙，具有良好的防松性能。因此，環(huán)槽鉚釘適用于重卡底架、橋梁建筑、城軌車架等長期承受振動的結(jié)構(gòu)，能有效提升結(jié)構(gòu)整體的安全性和防松性能。通過橫向振動試驗驗證螺栓和環(huán)槽鉚釘?shù)姆浪尚阅埽?guī)格M16，頻率12.5 Hz，振幅1.6 mm，振動時間90 s，螺栓很快松動，環(huán)槽鉚釘剩余夾緊力仍然大于70%。
圖7 防松性能對比
3.4 抗疲勞性能
圖8為環(huán)槽鉚釘與普通螺栓牙型對比。由圖可以看出，環(huán)槽鉚釘牙底高度比普通螺栓螺紋高出50%以上，且牙型圓滑過渡，所受應(yīng)力比螺栓減少30%以上。從配合面積來看，環(huán)槽鉚釘整個環(huán)槽無間隙配合，螺栓螺母有間隙單面配合，環(huán)槽鉚釘連接副接觸面積約為普通螺栓螺母連接的2倍。因此，環(huán)槽鉚釘具有較高的抗疲勞性能。
圖8 環(huán)槽鉚釘與普通螺栓牙型對比
3.5 環(huán)境適應(yīng)性
環(huán)槽牙型與外界隔絕，阻止腐蝕物質(zhì)進(jìn)入;螺旋牙型與外界連通，腐蝕物質(zhì)容易進(jìn)入。在經(jīng)過長時間的耐腐蝕試驗后，高強螺栓的性能下降了50%以上，環(huán)槽鉚釘性能只下降了10%左右。
螺栓和環(huán)槽鉚釘腐蝕對比如圖9所示。由圖可以看出：環(huán)槽鉚釘與套環(huán)接觸區(qū)間的牙型與鉚接前保持一致，并未腐蝕；螺栓的整個牙型都隨著試驗時間的增加發(fā)生了不同程度的腐蝕。
圖9 螺栓和環(huán)槽鉚釘腐蝕對比
螺栓和環(huán)槽鉚釘防腐蝕性能對比曲線如圖10所示。由圖10a可以看出，隨著時間的增加，鉚釘?shù)睦摿缀鯖]有什么改變，而螺栓的拉脫力卻呈現(xiàn)明顯減小的趨勢。
圖10 螺栓和環(huán)槽鉚釘防腐蝕性能對比曲線
由圖10b可以看出，環(huán)槽鉚釘具有良好的環(huán)境適應(yīng)性，能夠適應(yīng)極端的天氣和溫度變化。研究試驗發(fā)現(xiàn)，環(huán)槽鉚釘能在-60 ℃和70 ℃環(huán)境中能夠保持良好的力學(xué)性能和疲勞性能。同時，環(huán)槽鉚釘在一些極端高溫條件下也具有比高強螺栓更好的力學(xué)性能，能夠有效適應(yīng)各種嚴(yán)酷的使用環(huán)境。
4 環(huán)槽鉚釘應(yīng)用分析
4.1 重卡緊固件分布
某重卡車架緊固件分布如圖11所示，圖中飛機梁(部件a,b)與兩側(cè)大梁連接部位應(yīng)用鉚釘較多，承受較大的剪切載荷。整車使用鉚釘規(guī)格為14 mm，鉚接厚度在14～16 mm，每個飛機梁連接處使用鉚釘數(shù)量為11～16顆。
圖11 某重卡車架緊固件分布
4.2 綜合性能分析
表2為環(huán)槽鉚釘與半圓頭鉚釘和螺栓連接綜合性能對比。由表可以看出，環(huán)槽鉚釘具有明顯優(yōu)勢。
表2 環(huán)槽鉚釘與半圓頭鉚釘和螺栓連接綜合性能對比
5 結(jié)束語
環(huán)槽鉚釘相較于半圓頭鉚釘和螺栓連接，具有較高的機械性能、防松性能和軸力穩(wěn)定性，以及操作簡單、安裝快速、生產(chǎn)效率高等顯著優(yōu)勢，適合用于重型載貨汽車車架、客車底盤等載荷要求高的行業(yè)。隨著國內(nèi)汽車技術(shù)發(fā)展，環(huán)槽鉚釘?shù)膰a(chǎn)化推廣必將在國內(nèi)汽車行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。
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1 環(huán)槽鉚釘介紹
相較于半圓頭鉚釘和螺栓連接，環(huán)槽鉚釘新型鉚接技術(shù)具有安裝簡單快速、強度高、軸力穩(wěn)定、防松性能好等顯著優(yōu)勢，適用于重型載貨汽車車架、大客車底盤等載荷要求較高的行業(yè)。經(jīng)過多年的努力研究，終于實現(xiàn)了環(huán)槽鉚釘?shù)膰a(chǎn)化，制定了GB/T 36993—2018《環(huán)槽鉚釘連接副技術(shù)條件》國家標(biāo)準(zhǔn)，并將環(huán)槽鉚釘推廣應(yīng)用到各個領(lǐng)域。
1.1 鉚接原理
環(huán)槽鉚釘利用虎克原理，采用鉚接工具擠壓套環(huán)發(fā)生塑性變形，將套環(huán)金屬擠入鉚釘環(huán)槽內(nèi)，完成永久性連接，安裝示意如圖1所示。安裝步驟如下：
圖1 安裝示意
(1)鉚釘穿入安裝孔，套環(huán)套在釘桿上；
(2)鉚槍槍頭頂在釘桿尾部，使卡爪卡入拉槽；
(3)按住鉚接開關(guān)開始鉚接，鉚槍鐵砧擠壓套環(huán)，最快3 s完成鉚接；
(4)鉚接完成后，退出鉚槍。
1.2 鉚接設(shè)備
鉚接設(shè)備有智能液壓泵站(圖2)、高壓油管、鉚接槍(圖3)。鉚接工作時，液壓泵站輸出壓力，通過高壓油管傳遞到鉚接槍，推動槍頭擠壓套環(huán)完成鉚接。
圖2 智能液壓泵站
圖3 鉚接槍
2 重卡緊固連接方式
國內(nèi)重卡常見半圓頭鉚釘+螺栓連接方式如圖4所示。其成本較低，但半圓頭鉚釘性能較低，在承受交變載荷等復(fù)雜工況時，螺栓和半圓頭鉚釘松脫和斷裂的風(fēng)險較大，實際使用時，需要定期檢查螺栓和鉚釘是否緊固，并及時進(jìn)行維護(hù)。圖5為國內(nèi)某款重卡采用環(huán)槽鉚釘進(jìn)行連接，具有強度高、軸力穩(wěn)定的優(yōu)勢，且由于環(huán)槽鉚釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)具有很好的防松性能，無須經(jīng)常檢查維護(hù)，節(jié)約維護(hù)成本。
圖4 半圓頭鉚釘+螺栓連接方式
圖5 環(huán)槽鉚釘連接方式
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表1 M14鉚釘和螺栓的性能對比
3.2 軸力穩(wěn)定性
在同等規(guī)格條件下，環(huán)槽鉚釘能提供更大的軸力，且具有良好的軸力穩(wěn)定性。鉚釘和螺栓的軸力對比曲線如圖6所示。由圖可以看出，10.9R環(huán)槽鉚釘?shù)妮S力較同等級的螺栓提升了20%，與12.9級螺栓相當(dāng);同等級環(huán)槽鉚釘軸力浮動在10%以內(nèi)，螺栓軸力浮動卻超過30%。在同一應(yīng)用條件下，環(huán)槽鉚釘能夠有效減少鉚接數(shù)量，在結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計的同時提供更高的連接強度，提升結(jié)構(gòu)可靠性。
圖6 鉚釘和螺栓的軸力對比曲線
3.3 防松性能
防松性能對比如圖7 所示。由圖可以看出，環(huán)槽鉚釘與傳統(tǒng)螺栓相比能有效消除釘桿與套環(huán)之間的橫向間隙，具有良好的防松性能。因此，環(huán)槽鉚釘適用于重卡底架、橋梁建筑、城軌車架等長期承受振動的結(jié)構(gòu)，能有效提升結(jié)構(gòu)整體的安全性和防松性能。通過橫向振動試驗驗證螺栓和環(huán)槽鉚釘?shù)姆浪尚阅埽?guī)格M16，頻率12.5 Hz，振幅1.6 mm，振動時間90 s，螺栓很快松動，環(huán)槽鉚釘剩余夾緊力仍然大于70%。
圖7 防松性能對比
3.4 抗疲勞性能
圖8為環(huán)槽鉚釘與普通螺栓牙型對比。由圖可以看出，環(huán)槽鉚釘牙底高度比普通螺栓螺紋高出50%以上，且牙型圓滑過渡，所受應(yīng)力比螺栓減少30%以上。從配合面積來看，環(huán)槽鉚釘整個環(huán)槽無間隙配合，螺栓螺母有間隙單面配合，環(huán)槽鉚釘連接副接觸面積約為普通螺栓螺母連接的2倍。因此，環(huán)槽鉚釘具有較高的抗疲勞性能。
圖8 環(huán)槽鉚釘與普通螺栓牙型對比
3.5 環(huán)境適應(yīng)性
環(huán)槽牙型與外界隔絕，阻止腐蝕物質(zhì)進(jìn)入;螺旋牙型與外界連通，腐蝕物質(zhì)容易進(jìn)入。在經(jīng)過長時間的耐腐蝕試驗后，高強螺栓的性能下降了50%以上，環(huán)槽鉚釘性能只下降了10%左右。
螺栓和環(huán)槽鉚釘腐蝕對比如圖9所示。由圖可以看出：環(huán)槽鉚釘與套環(huán)接觸區(qū)間的牙型與鉚接前保持一致，并未腐蝕；螺栓的整個牙型都隨著試驗時間的增加發(fā)生了不同程度的腐蝕。
圖9 螺栓和環(huán)槽鉚釘腐蝕對比
螺栓和環(huán)槽鉚釘防腐蝕性能對比曲線如圖10所示。由圖10a可以看出，隨著時間的增加，鉚釘?shù)睦摿缀鯖]有什么改變，而螺栓的拉脫力卻呈現(xiàn)明顯減小的趨勢。
圖10 螺栓和環(huán)槽鉚釘防腐蝕性能對比曲線
由圖10b可以看出，環(huán)槽鉚釘具有良好的環(huán)境適應(yīng)性，能夠適應(yīng)極端的天氣和溫度變化。研究試驗發(fā)現(xiàn)，環(huán)槽鉚釘能在-60 ℃和70 ℃環(huán)境中能夠保持良好的力學(xué)性能和疲勞性能。同時，環(huán)槽鉚釘在一些極端高溫條件下也具有比高強螺栓更好的力學(xué)性能，能夠有效適應(yīng)各種嚴(yán)酷的使用環(huán)境。
4 環(huán)槽鉚釘應(yīng)用分析
4.1 重卡緊固件分布
某重卡車架緊固件分布如圖11所示，圖中飛機梁(部件a,b)與兩側(cè)大梁連接部位應(yīng)用鉚釘較多，承受較大的剪切載荷。整車使用鉚釘規(guī)格為14 mm，鉚接厚度在14～16 mm，每個飛機梁連接處使用鉚釘數(shù)量為11～16顆。
圖11 某重卡車架緊固件分布
4.2 綜合性能分析
表2為環(huán)槽鉚釘與半圓頭鉚釘和螺栓連接綜合性能對比。由表可以看出，環(huán)槽鉚釘具有明顯優(yōu)勢。
表2 環(huán)槽鉚釘與半圓頭鉚釘和螺栓連接綜合性能對比
5 結(jié)束語
環(huán)槽鉚釘相較于半圓頭鉚釘和螺栓連接，具有較高的機械性能、防松性能和軸力穩(wěn)定性，以及操作簡單、安裝快速、生產(chǎn)效率高等顯著優(yōu)勢，適合用于重型載貨汽車車架、客車底盤等載荷要求高的行業(yè)。隨著國內(nèi)汽車技術(shù)發(fā)展，環(huán)槽鉚釘?shù)膰a(chǎn)化推廣必將在國內(nèi)汽車行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。
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