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        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
        關(guān)鍵詞:牙型環(huán)槽套環(huán)

        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(yùn)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(qiáng)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(shí)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(gè)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(shí),液壓泵站輸出壓力,通過高壓油管傳遞到鉚接槍,推動(dòng)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(shí),螺栓和半圓頭鉚釘松脫和斷裂的風(fēng)險(xiǎn)較大,實(shí)際使用時(shí),需要定期檢查螺栓和鉚釘是否緊固,并及時(shí)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(qiáng)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(duì)比分析

        3.1 強(qiáng)度對(duì)比

        環(huán)槽鉚釘和螺栓相對(duì)于半圓頭鉚釘具有較高的強(qiáng)度和抗剪性能,表1為M14鉚釘和螺栓的性能對(duì)比。由表中的數(shù)據(jù)可以看出,半圓頭鉚釘機(jī)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(jī)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(duì)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(duì)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(jí)的螺栓提升了20%,與12.9級(jí)螺栓相當(dāng);同等級(jí)環(huán)槽鉚釘軸力浮動(dòng)在10%以內(nèi),螺栓軸力浮動(dòng)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(jì)的同時(shí)提供更高的連接強(qiáng)度,提升結(jié)構(gòu)可靠性。

        圖6 鉚釘和螺栓的軸力對(duì)比曲線

        3.3 防松性能

        防松性能對(duì)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(dòng)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(dòng)試驗(yàn)驗(yàn)證螺栓和環(huán)槽鉚釘?shù)姆浪尚阅?,?guī)格M16,頻率12.5 Hz,振幅1.6 mm,振動(dòng)時(shí)間90 s,螺栓很快松動(dòng),環(huán)槽鉚釘剩余夾緊力仍然大于70%。

        圖7 防松性能對(duì)比

        3.4 抗疲勞性能

        圖8為環(huán)槽鉚釘與普通螺栓牙型對(duì)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(gè)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(duì)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(shí)間的耐腐蝕試驗(yàn)后,高強(qiáng)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(duì)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(gè)牙型都隨著試驗(yàn)時(shí)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(duì)比

        螺栓和環(huán)槽鉚釘防腐蝕性能對(duì)比曲線如圖10所示。由圖10a可以看出,隨著時(shí)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(duì)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(yàn)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(shí),環(huán)槽鉚釘在一些極端高溫條件下也具有比高強(qiáng)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(jī)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(gè)飛機(jī)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(duì)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(duì)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(jī)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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