交叉杆组成端头内螺纹组装工艺浅析

邹建美 余志清 张学云 吴玉川 姚毅

摘要：针对转K6型转向架交叉杆组成端头内螺纹存在损坏和应用过程中螺栓松脱问题，对交叉杆端头内螺纹结构特征、目前的成品检测、组装进行详细的工艺性分析研究比较，并提出了自己的浅见。

关键词：螺纹结构特点;施必牢;检测;计算比较

中图分类号：U270.6                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）05-0031-02

0  引言

交叉杆组成是转K6型转向架关键零部件之一，在生产过程中常出现交叉杆组成端头内螺纹和螺栓外螺纹破坏的现象，严重影响了转K6型转向架的生产次序及工艺质量控制;同时在铁路货车运用过程中，也曾出现过交叉杆组装螺栓脱落事故，威胁到货车运行安全。因此，有必要对交叉杆组成端头内螺纹状况和组装等做全面的工艺性分析研究。

1  交叉杆组成端头内螺纹结构

交叉杆组成端头内螺纹，原为普通M24×3内螺纹，为了提高我国铁路货车转向架交叉支撑装置组装的可靠性和运用安全性，中车齐车公司引进了美国施必牢公司（英文名称Spiralock Corporation，简化为SPL）的专利技术，是一种独特设计的，有预加载锁紧的内（母）螺纹结构，它具有防螺纹松脱的抗横向振动的异常能力。

2  施必牢（SPL）螺纹特点分析

施必牢（SPL）螺纹与标准螺纹相比较，各螺纹扣载荷均匀。使用施必牢（SPL）内螺纹可不再需要任何其它螺纹防松方法，如锁紧垫片、螺纹胶、销或填入物等。其所以能有锁紧的作用，完全是依赖其母螺纹的几何形状。

如图1所示[1]，为施必牢（SPL）内螺纹牙型和普通内螺纹牙型受力图示，施必牢（SPL）内螺纹一般均与普通外螺纹匹配，特点是在内螺纹的牙底處有一个30°的楔形斜面，当螺栓螺母相互拧紧时，螺栓的牙尖就紧紧地顶在施必牢螺纹的楔形斜面上，从而产生了较大的锁紧力。由于牙形的角度改变，使施加在螺纹间接触所产生的法向力与螺栓轴成60°角，而不是象普通螺纹那样的30°角。显然施必牢（SPL）螺纹法向压力远远大于扣紧压力，因此，所产生的防松摩擦力也就必然大大增加。正由于施必牢（SPL）螺纹由于牙底有一个30°角的楔形斜面，其法向压力的角度、大小均有改变，法向压力P=2Pɑ。这样，施必牢（SPL）螺纹与传统60°螺纹，二者的法向压力之比≈12∶7，施必牢螺纹的防松摩擦力相应地增加了。施必牢（SPL）螺纹的楔形面还可以消除普通螺纹受力不均匀、脱扣咬死等问题。普通常规的60°V形螺纹，在其第一螺纹啮合面和第二螺纹啮合面承载了70-80%的负荷，而以后几个啮合面承受的负荷很少。这样，普通螺纹紧固件在工作振动负荷条件下，就很容易克服螺纹接触面上的锁紧力而产生转动，进而松脱。施必牢（Spiralock）内螺纹有可靠的抗震防松性能，也可重复使用。

3  施必牢内螺纹检验技术要求

由于施必牢螺纹的牙形特殊，因此，施必牢螺母内螺纹的检测必须使用美国施必牢专用螺纹塞规。专用螺纹塞规为三件一套：它包括一支通规，一支斜面止规及一支中径止规。施必牢量规进入所测量的螺母的方向应与螺栓进入螺母的方向相同。施必牢螺纹塞规是有专利的量具，塞规的精确度应符合美国军工产品技术规范。

4  交叉杆组成端头内螺纹加工成品现状

端头内螺纹M24×3检查用通止塞规是通过外商从美国施必牢公司采购，但施必牢公司不提供配套计量检测用环规，全路多数交叉杆组成制造单位和使用单位暂时还没有统一对通止塞规的计量方法。为了更进一步了解施必牢内螺纹的结构特征，对组装生产现场的交叉杆组成进行了抽样，采用施必牢的M24内螺纹通止规按照检查要求分别对两兄弟厂家（A和B）制造的交叉杆组成成品内螺纹进行了通止检查各10件，所有内螺纹通止检查均为“合格”。再在其中抽样将内螺纹进行剖解加工后，送公司检测中心进行牙型检测分析，检测报告为：厂家标识为“A”的交叉杆端头内螺纹M24牙型参见图2所示，厂家标识为“B”的的交叉杆端头内螺纹M24牙型参见如图3所示。从检测报告中的图示可以看出，图2所表现的螺纹外形曲线与施必牢（SPL）内螺纹牙型曲线特征相似，图3所表现的螺纹外形曲线与普通粗内螺纹牙型特征相似。可见，虽然用专用通止塞规检测合格的产品，但两种交叉杆端头内螺纹牙型存在差异。

5  交叉支撑装置螺栓组装参数

交叉杆螺栓组装零部件如图4所示，其组装流程为：交叉杆端头→橡胶垫→保持环→支撑座→保持环→橡胶垫→锁紧板→标志板→双耳垫圈→螺栓。

5.1 交叉支撑装置螺栓组装用零部件主要尺寸及参数见表1。

5.2 参数计算

5.2.1 有效螺纹配合长度计算

螺栓组装理论配合长度为140-2-0.5-10-（22.3×2）-24.16=58.74mm，除去交叉杆端沉孔深25.4mm，所以有效螺纹配合长度为：

58.74-25.4=33.34mm

5.2.2 轴向力计算

螺栓拧紧力矩T（N.mm）：T=K×F0×d（N.mm）（1）[2]

其中：K—拧紧力矩系数;F0—轴向力;d—螺纹公称直径（mm）。

拧紧力矩系数K=×tg（φ+ρv）+×（2）[2]

其中：d2—螺纹中径;φ—螺纹升角;ρv—螺纹当量摩擦角，ρv=arctg fv;DW—螺栓头部内侧凸台直径;d0—双耳垫圈孔径，取？准26mm;fv—螺纹当量摩擦系数，取0.15;                f—螺母与被连接件支撑面之间的摩擦系数，取0.15。

螺纹升角通过tgφ=s/πd2， （s为螺纹节距）

φ=arctg==2.48°

螺纹当量摩擦角，ρv=arctg fv=arctg 0.15=8.53°

按照交叉支撑装置产品图QCZ133-70-00技术条件要求“2”，交叉杆轴端螺栓拧紧力矩T为675～700N.m;将以上所有数据代入公式（2）计算得K的值，再将T、K、d值代入公式（1），计算得：螺栓組装轴向力F0≈6326.65～78257.25N≈63～78kN。

交叉支撑装置螺栓组装情况，橡胶垫在支撑座内外侧各一个，单个橡胶垫厚度24.8mm，组装完成后厚度约为22.3mm，压缩约2.5mm。

参见图5的检测报告，1件橡胶垫载荷35.4kN时位移2.24mm，第2件橡胶垫载荷35.7kN时位移2.28mm。螺栓组装时，2件橡胶垫各压缩2.5mm，轴向压力实际应在：2×35.4kN=70.8kN，与上面的轴向力计算结果基本吻合。

6  结论

从以上情况可以看出，为了更好地应用好施必牢防松防振内螺纹，使其在转K6型转向架交叉支撑装置零部件中发挥更加良好的作用，提升转向架运用性能，还应做到以下几点：①规范交端头内螺纹的加工工艺，严格按照施必牢内螺纹结构技术要求进行加工，使交叉杆端头内螺纹更加符合施必牢技术特征和技术条件，在运用中发挥其特有的功能和优点;②进一步规范施必牢防松内螺纹M24×3检查用通止塞规的管理，制订统一的通止塞规周期计量标准和方法，更有效地监督控制交叉杆端头内螺纹加工质量;③严格按照交叉支撑装置组装技术条件进行组装，控制交叉杆轴端螺栓组装扭矩在675～700N.m范围内。

参考文献：

[1]美国施必牢公司（Spiralock Corporation）内螺纹（螺母）专利技术简介.

[2]成大先主编.机械设计手册[M].第3版，第2卷.