客车车下悬挂系统的紧固现状及改进建议
目前，普遍采取的紧固方式为螺纹连接，依靠螺纹副承载。这种紧固方式存在的振松问题，必然会导致设备运行状况恶化，甚至造成部件损坏，严重的将危及行车安全。因此，设备维护的最重要环节及前提就是紧固良好。针对这种情况，选择可靠、可行的紧固方式就显得尤为重要。
1、车下悬挂系统紧固件状况及松动原因分析
螺纹紧固件是目前车下悬挂系统使用最为广泛的紧固件。与其他紧固件相比，其最大的优点是拆卸比较方便、实用;最大的缺点是在冲击、振动或变载荷的作用下容易松脱。因此，振松问题一直是螺纹紧固件应用的最大难题。
1.1紧固件的防松形式及特点
日前紧固件的防松方法有多种，按其防松原理可大体归纳为以下3种。 1.1.1摩擦防松
摩擦防松是应用最广的一种防松方式。这种方式在螺纹副之间产生一个不随外力变化的正压力，以产生一个可以阻止螺纹副相对转动的摩擦力。这种正压力可通过轴向或同时两向压紧螺纹副来实现，如采用弹性垫圈、双螺母、自锁螺母和尼龙嵌件锁紧螺母等。
这种防松方式对于螺母的拆卸比较方便，但在冲击、振动和变载荷的情况下，一开始螺栓会因松弛导致预紧力下降，随着振动次数的增加，损失的预紧力缓慢地增多，最终将会导致螺母松脱，螺纹连接失效。
1.1.2机械防松
机械防松是用止动件直接限制螺纹副的相对转动，如采用开口销、串联钢妊和止动垫圈等。这种方式造成拆卸不方便。
1.1.3铆冲防松
铆冲防松在拧紧后采用冲点、焊接、粘接等方法，使螺纹副失去运动副特性而成为不可拆连接。这种方式的缺点是栓杆只能使用1次，目拆卸十分困难，必须破坏螺栓副方可拆卸。
螺纹紧固件的防松方法虽然很多，但常用的方法并不多，卞要有对顶螺母(双螺母)、尼龙嵌套、开槽螺母加开口销、弹簧垫圈等。
1.2传统方式车下悬挂系统的紧固
车下悬挂系统一般采用弹性垫圈紧固、双螺母紧固、扣紧螺母紧固、双螺母配以开口销紧固等紧固方式。
(1)弹性垫圈紧固的工作原理是利用垫圈压平后产生的弹力。其结构简单，但由于弹力不均，不十分可靠。多用于不很重要的连接。
( 2)双螺母紧固的工作原理是利用螺母拧紧后的对顶作用。其重量增大，不经济;副螺母采用薄型，拧紧不便。多用于低速重载或较平稳的场合。
(3)扣紧螺母紧固的工作原理是利用扣紧螺母的弹力。受振动载荷时，其紧固效果良好。一般用于不常拆卸的连接。
(4)双螺母配以开日销紧固的工作原理是通过机械方法紧固限制螺纹副的相对转动。适用于单件或少量生产的重要连接，但拆卸不便。
1.3松动原因分析
1.3.1螺栓预紧力过大以及紧固不均使得螺栓松动
作业人员在紧固螺母时，如果预紧力过大，将会使螺栓在偶然过载的情况下产生松动甚至拉断。尤其是在同一吊挂件的各个螺栓预紧力不一致时，这种
情况更为严重。
1.3.2车辆运行中的振动引起螺栓松动
螺纹副中产生的摩擦副使螺栓自锁从而紧固螺栓。这种摩擦副只有在承受静载荷时才不会发生变化并自锁。而当螺栓受到动载荷作用引起振动、冲击时，螺纹中的摩擦就会出现瞬时消失或减少的现象。这种现象若反复出现，连接螺栓就会逐渐松动。
2改进措施
2.1保证适当的预紧力
在紧固螺栓时要保证有适当的预紧力，并要求各相关螺栓预紧力保持一致。应向量化发展，科学地使用扭矩扳手。
2.2 2种防松紧固的改进办法 2.2.1唐氏螺纹紧固
唐氏螺纹将左旋和右旋2种螺旋线复合在同一螺纹段上。唐氏螺纹既有左旋螺纹的特点又有右旋螺纹的特点，它既可以和左旋螺纹配合又可以和右旋螺纹配合。
唐氏螺纹可以利用螺纹自身特点解决防松问题。在连接时，需使用2只不同旋向的螺母。工件支承面上的螺母称为紧固螺母，非支承面上的螺母称为锁紧螺母，紧固螺母和锁紧螺母是2种不同旋向的螺母，使用时先将紧固螺母预紧，然后再将锁紧螺母预紧。
在振动、冲击的情况下，紧固螺母会发生松动的趋势，但是，由于紧固螺母的松退方向是锁紧螺母的拧紧方向，锁紧螺母的拧紧恰恰阻止了紧固螺母的松退，导致紧固螺母无法松脱。
导致螺母松脱的卞要原因是沿螺栓径向的振动，沿螺栓轴向的振动不会导致螺母松脱。
唐氏螺纹紧固件进行防松时，紧固螺母受力比较复杂，它既受来自被紧固对象沿螺栓轴向的振松力的作用，又受来自被紧固对象沿螺栓径向的振松力的作用，这会导致紧固螺母有松退的趋势。而锁紧螺母的受力情况要简单得多，它只受来自紧固螺母的正压力和摩擦力。正压力是沿螺栓轴向的力，不会导致螺母松脱;摩擦力是沿螺栓径向的，但由于紧固螺母和锁紧螺母方向相反，来自紧固螺母的松退力己经转化为锁紧螺母的拧紧力，因而锁紧螺母不会松脱。
振松试验表明，唐氏螺纹紧固件有良好的防松效果。唐氏螺纹紧固件经过120 s振动仍可保持82%的预紧力，而普通螺纹加弹簧垫圈的防松方式经过1 s ^-2s的振动，其预紧力己下降为80%左右，经过15 s的振动，预紧力基本损失殆尽。
2.2.2硬锁紧螺母紧固
硬锁紧螺母在下螺母四型与上螺母}日}型的接触面上设计了一定的坡度，还在上螺母}日}出部分(轮毅)的中心与螺纹中心设计了规定的偏差(a)，通过上下2个螺母进行组合来防止松动(见图1)。
3结束语
传统的紧固方式、防松方法己不能很好地满足现今铁路客车的现车需求，因此，有必要探寻新的紧固方式。上述的2种防松方式如果能得到广泛的应用，必然会大大提升车下b.挂系统的可靠性和安全性，对于客车运营安全隐患的预先排除有着重要意义。
2先进螺纹联接防松方法
2.1滚压收口的自锁螺母防松
自锁螺母在使用中防止自松脱是通过对自锁螺母圆柱体端部收口，使螺母收口部位螺纹孔变形，当螺栓每拧入到螺母收日部位时产生干涉配合起到防松作用。传统压扁法是造成锁紧力矩不稳定重要原因，事实上采用压扁收日法不易得到曲率变化均匀对称的椭圆形。
基于这些，沈阳飞机设计研究所的张占元提出采用滚压收口的方法来加工自锁螺母，这样可使螺母收口部位的螺纹孔由圆形变成曲率变化均匀的对称的椭圆形，螺距沿螺纹孔轴向增大，造成与螺栓干涉配合，可获得比较稳定的锁紧力矩。他对滚压加工螺母的原理和结构进行了较详尽的分析，虽然这项技术还没有推广，但是不失为螺纹防松的一种方法。
2.2美国底特公司的自锁螺母技术
20世纪70年代，美国底特螺纹工具公司，经过长期研究，重新设计螺纹的
儿何形状设计，称为SP R-ALOC K,译名‘施必牢”，简称为自锁螺母，从根本解决了紧固件自行松脱问题。
自锁螺母的防松原理在于它的独特结构。在阴螺纹的牙底有一个30°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自锁螺纹的楔形面上，从而产生很大的锁紧力。
自锁螺母的优点表现在:(1)可靠的防振、防松性能;(2)可提高螺母及螺栓的使用寿命，可重复使用;(3)不受温度剧烈变化的影响，应用范围广;(4)自由旋转型，直到拧紧时才施加力矩，方便装卸;(5)尺寸规格不受限制，能与标准螺栓匹配等。
该螺母己广泛应用于航天、航空、军工、汽车、港日机械、柴油机、铁道机车、磁悬浮轨道、工程机械、医疗器械等行业，在纺织工业、纺机、纺器行业也有广泛的使用前景。
2.3铁基SMA螺母防松
铁基形状记忆合金防松螺母的防松是通过增大自锁摩擦力矩防松和阻尼防松两种方式来实现的。该螺母利用铁基形状记忆合金的形状记忆效应，可将螺母内螺纹加工成略小于螺栓外螺纹的尺寸，然后扩孔变形至标准螺母内螺纹的尺寸，因为在此过程产生应力诱发马氏体相变，所以按规定力矩拧紧后，对螺母加热，应力诱发马氏体发生逆相变，但因受到螺栓的约束作用，螺母会产生巨大径向回复力，该回复力转化为自锁摩擦力矩，能有效增大螺旋副之间的锁紧力矩，从而防止螺旋副出现相对转动，达到防松目的。此外，因为螺母的径向形状回复，减小了螺纹牙之间的间隙，有效防止螺母与螺栓在受到动载荷作用时产生不同频率的振动，避免螺旋副间自锁摩擦力矩急剧下降。
2.4 ST2型防松螺母
上海铁道大学研制的ST2型防松螺母在3批装车试验后，于1997年通过部级鉴定，认为‘嘱国内首创，其技术水平与国际同类产品相当，建议在车辆上进一步推广使用。
ST2型自锁防松螺母的防松是通过增大自锁摩擦力矩防松和阻尼防松两种方式。该螺母改进螺纹的结构形状，螺母的底径上有一30°锥面，而螺栓螺纹的形状仍保持标准的二角形。当螺母和螺栓配合在一起使用时，因为预紧力作用，螺栓的牙顶和螺母的牙底有直线接触或微量变形，在横向动载荷作用下由于螺母与螺栓之间横向间隙减小，目两者之间存在较大的摩擦力，从而提供较大的摩擦力矩作用，所以能有效地防止螺旋副产生较少的相对运动，从而达到防松目的。
ST2型防松螺母是目前国内结构简单、工艺性好、防松性能稳定、使用效果显著、重复使用性好、装机考验较充分、应用领域亦较广泛、实用性好的一种新型防松螺母，除己在铁路电务、工务、电气化接触网上推广应用外，在铁道车辆上的应用前景也是十分广泛。
2.5唐氏螺纹
唐氏螺纹是由左旋和右旋两种螺旋线复合在同一段螺纹段上，既有左旋螺纹的特点又有右旋螺纹的特点，既可以和左旋螺纹配合又可以和右旋螺纹配合。唐氏螺纹可以利用螺纹自身特点解决防松问题。在联接时，需使用两只不同旋向的螺母:工件支承面上的螺母称为紧固螺母，非支承面上的螺母称为锁紧螺母。
紧固螺母和锁紧螺母是两种不同旋向的螺母，使用时先将紧固螺母预紧，然后再将锁紧螺母预紧。
在振动、冲击的情况下，紧固螺母会发生松动的趋势，但是，由于紧固螺母松退方向是锁紧螺母拧紧方向，锁紧螺母拧紧恰恰阻止了紧固螺母松退，导致紧
固螺母无法松脱L}J 2.6液压防松螺母
液压防松螺母联接是利用增加螺栓联接预紧力，使高强度螺栓在轴向发生弹性变形并保持拉仲状态，依靠螺栓弹性变形产生内应力将螺母压紧，达到防松日的的一种新型螺纹联接。
该技术的出现，成功的解决了煤司’一机械中的一些螺栓松动的难题。但是，到日前为止，液压防松螺母除了在采煤机上有较好的使用，受到了井下采煤机使用维护人员的欢迎外，液压防松螺母并没有得到普遍的推广，分析原因大致有以下儿点：
(1)液压防松螺母与普通螺母比较，结构复杂，尺寸较大，而目强度较高，价格比较高。
(2)使用液压防松螺母，须配套使用乎动便携式高压油泵，其输出压力须达到250 M Pa以上。而日前国内市场上额定压力能达到250 M Pa的液压配件(油竹、压力表、密封件等)基本没有，这就阻碍了液压螺母的推广。
2.7充填软性材料防松
当拧紧螺母时，附着在螺牙表面的微观薄屑、微粒或疏或密地夹杂在内外牙隙之问，被挤得更扁、压得更薄了，并目与其它尘垢搀合在一起，就像夹缝中‘鲡沙层’七样被裹夹其问。要想完全清除干净上述的薄屑微粒显然是困难的，最简单而有效的办法是把内外螺纹之问的径向问隙和侧向问隙抵紧并‘挤死”，令‘鲡沙层’失去受振松动错位的机会。
其防松机理是:借助橡胶垫受压所产生的弹性变形和弹性预紧力‘挤死’螺母与螺杆及螺母与紧定螺钊- 之问径向及侧向的问隙。换言之，凭借橡胶垫变形后对螺牙隙问的充填和塞紧来抵制和预防螺母松动。橡胶的摩擦系数远大于金属的摩擦系数，因此这种弹性胀紧比单纯的刚性夹紧更能吸振消振解振，从而增强了自锁的可靠性。即用最简单实用且可靠的方法巧妙地解决了单螺母防松问题。 3总结
除了这些之外，还有其它一些。比如:F},M型防松螺母，自攻自锁防松，树脂锚杆高强度防松螺母，楔紧自锁螺母，改变齿形防松等。
几种螺纹防松新方法
螺纹联接在机械产品是最广泛应用的联接，但其在使用中因振动，松驰等原因总会有松动现象。联接松动将会造成严重后果，所以螺纹防松一直是困扰机械行业的一个重大课题。下面列出儿种螺
纹新方法，为螺纹联接防松提供了一些新思路。 1几种新方法简介 1.1 凹凸双螺母
在各种螺纹防松装置中，对顶双螺母(如图1 a)防松具有安装迅速，拆卸方便等优点，因而是机械没备中常用的防松措施。然而，在设备受冲击、振动或变载荷等因素影响时，预紧力发生了变化，防止螺纹松动的摩擦阻力可能减小或瞬时消失，螺纹失去自锁而松脱。
凹凸双螺母防松装置(如图1b)现介绍如下：凹凸双螺母的}日}螺母上带有锥套，并沿轴向开有一条与锥套等长的缝隙(缝隙宽度大于螺纹副最大间隙)，锥套根部加工出一道沟槽。当锥套锥面受径向力作用时锥套可作径向移位，成“抱箍”状。凹螺母上具有与锥套等长度等锥度的孔圈。孔圈小端直径C=B-d(--锥套小端直径; d---调整量，其值略大于螺纹副最大问隙)。即凹小端直径小于凸螺母小端直径，这样可保证“抱箍”的预紧力。
预紧时，先拧紧凸螺母，这时防松效果与普通螺纹防松效果一样。紧接着拧紧凹螺母，凹螺母下行时，锥孔部位挤压凸螺母锥套沿螺栓径向收缩。缝隙及沟槽的作用是减少凹螺母锥套收缩刚度。
1.2偏心保险平垫
偏心保险平垫内孔相对外圆有个偏心值E，机件体上与保险平垫对应的惚孔相对螺纹孔也有相同的偏心值E。该惚孔深度以足以保证平垫不致滑出为宜。安装时先将保险平垫压入机件体惚孔内。拧紧螺母后，将锁母上较宽的一边弯折到螺母上。因为锁片与惚孔均是偏心的，所以锁垫不会在惚孔内转动，从而防止了螺母的松动。如图2。
1.3悬置螺母与环槽螺母
采用普通螺母时，轴向载荷在旋合螺纹各圈间的分布是不均匀的，从螺
母支承面算起，第一圈受载最大，以后各圈递减。理论分析和试验证明，旋合圈数越多，载荷分布不均的程度也越显著，到第8~10圈以后，螺纹儿乎不受载荷(螺纹联接载荷随螺纹旋合圈数变化规律见图3a)。所以，采用圈数多的厚螺母，并不能提高联接强度。若采用图3b的悬置(受拉)螺母，则螺母锥形悬置段与螺栓杆均为拉仲变形，有助于减少螺母与栓杆的螺矩变化差，从而使载荷分布比较均匀。在不增加前面旋合圈载荷的情况下，使后面旋合圈载荷增加，增加了整个螺母受载能力，增强了预紧效果。图3c为环槽螺母，其作用和b.置螺母相似。
1.4形状记忆螺母
1932年，瑞典人奥兰德在金福合金中首次观察到“记忆”效应，即合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般地变回到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。
由于铁基形状记忆合金材料本身的这一特殊性能，由其制成的螺母所组成的螺栓联接中，不仅螺纹副之问的自锁摩擦力矩有所提高，而目轴向载荷在各螺纹齿问分布的均匀性也得以改善，从而有效地防止了螺纹联接松动、松脱及疲劳断裂等失效现象的发生。
而目，通过控制这种螺母的恢复退火温度可以实现它的重复使用。 2结语
传统螺纹防松方法有很多，本文给出一些新型有效的螺纹防松方法，这些方法具有方法新，效果好的特点。
它们的原理是:改进螺母结构，从而改善螺纹受力不均的问题或消除螺纹副间隙，从而改善螺纹防松效果。
螺纹联接在实际应用中装配时绝大多数都必须拧紧，使用联接在承受工作载荷之前，预先受到力(预紧力)的作用。预紧的目的在于增强联接的可靠性和紧密性，以防止受载后被联接件间出现缝隙或发生相对滑移。经验表明：适当选用较大的预紧力对螺纹联接的可靠性以及联接的疲劳强度都是有利的。螺纹联接件一般采用单线件通螺纹，螺纹升角入=1°42’~3°2’}，而螺纹间的摩擦角φV=5°43’~8°32’}(当螺纹之间的摩擦系数.f=0.1~0.15) 。因此螺纹联接都能满足自锁的条件入λ＜φV。此外，拧紧以后的螺母和螺栓头部等支撑而上的摩擦力 也有防松作用，所以在静载荷及工作温度变化不大时螺纹联接不会自动松脱。但在实际应用中，很多螺纹联接是在振动、冲击或变载荷的作用卜工作的，这就造成螺旋副间的摩擦力可能瞬时减小或瞬时消失。这种现象多次重复后，就会使联
接松脱。在高温或温度变化较大的情况下，由于螺纹联接件和被联接件的材料发生蠕变和应力松弛，也会使联接中的预紧力和摩擦力逐渐减小，最终导致联接失效。螺纹联接一旦出现松脱，轻者会影响机器的正常运行，重者则会造成严重事故，给企业和职工人身造成重大的损失。为了保证联接的可靠性，设计时必须采取有效的防松措施。在常用的4种防松方法(摩擦、机械、铆冲、粘合)中，摩擦防松中的对顶螺母防松，由于结构简单，在一此“}月稳、低速和重载的联接中得到广泛应用。但是由于其安全可靠性差，特别是在振动、冲击或变载荷的作用下，其应用性又受到很大的限制。当前在对机器的安全性提出越来越高要求的情况卜，我们有必要对螺纹联接中的对顶螺母防松进行进一步的探讨研究，以便找到更好、更有效、更安全的防松方法来。
1、结构设计
如何从结构上设计，使对顶螺母减少发生松动的趋势，是利技研究人员一直去努力解决的问题。
1.1防松的原理
防松的根木问题，在于防止螺旋副相对转动。在对顶螺母摩擦防松中，两螺母对顶拧紧后，使旋合螺纹间始终受到附加的压力和摩擦力的作用。工作载荷有变动时，该摩擦力仍然存在。但在实际应用中螺旋副间的摩擦力瞬时减小或瞬时消失多次后，螺纹联接可能失效，这种趋势是必然的。
1.2对螺纹的重新认识
国家标准GB2515—81将螺纹定义为：在圆柱表而上，沿着螺旋线所形成的，具有相同剖面的连续凸起和沟槽(凸起是指螺纹两侧而间的实体部分，又称牙沟槽是指相临凸起间的凹陷部分)”。长期以来人们一直没有突破对螺纹概念上的认识。这样对螺纹认识的广度和深度必然受到限制。直到近几年有人提出‘螺纹可以是双旋向”的这一突破性命题。
1.3结构设计
在同一螺栓的圆柱表而上加工出旋向相反的双旋向螺纹，与其配套的左、右旋螺母各一个。那么该螺栓与右旋螺母旋合时，可以看成是单右旋螺栓，小过此时的右螺旋线是非连续的。对于受拉螺栓，其主要破坏形式是螺栓杆,螺纹部分(一般为螺纹牙根圆柱的横剖而)发生断裂，因此小会引起联接强度过大的降低。当该螺栓与左螺母旋合时，同理可看成是单左旋螺栓。
2实验用品及方法
在直径为20，长度为100的45钢中碳钢上按螺栓GB5780—86的尺寸要求，加工出M10的全螺纹，其中左、右旋螺旋线各一条，外径、中径、底径及螺距均按标准螺纹加工，全螺纹长度为50。螺母M10 GB41—86左右旋各一个；δ=10的Q235—A钢板100×100两块，并在其中心钻出φ11的通孔作为要联接的工件。
用自制的双旋向螺栓将两块钢板联接在一起，并先预紧一螺母作为紧固螺母预紧，预紧力为270 N(通过测力矩扳手)，然后再将另一个螺母作为锁紧螺母预 紧，预紧力为350 N，然后放到振动试验台上进行振动试验。
3实验结果与讨论
图1为螺母防松结构中，预紧力随振动时间变化的关系曲线。其中曲线a为单旋向对顶螺母结构，而曲线b为双旋向对顶螺母结构。从图1中可以看出 单旋向对顶螺母防松结构在振动开始时，预紧力急剧下降，振动15S后，预紧力下降为原来的23\'%，随着振动的延续，预紧力呈现出缓慢的下降趋势，振动
120S时，预紧力下降到原来的10%。一般来说这时的预紧力已不能满足工作的要求，对顶螺母防松出现失效。从图中可以看出双旋向对顶螺母防松结构在振动开始时，预紧力下降较快，振动12S后，预紧力下降为原来的88%，随着振动的延续，预紧力呈现出缓慢的下降趋势，振动90S时，预紧力下降到原来的83%，振动120S时，预紧力仍然保持在原来的83%。一般来说这时的预紧力能够满足工作的要求，双旋向对顶螺母防松有效。
在实验时，我们使锁紧螺母的预紧力(350 N)大于紧固螺母的预紧力(270 N)，以便在旋合螺纹间始终受到附加的压力和摩擦力的作用。在振动时该摩擦力仍 然存在。
双旋向对顶螺母锁紧结构在振动、冲击的情况下，紧固螺母会发生松动的趋势，但是由于紧固螺母的松退方向恰好是锁紧螺母的拧紧方向，这样紧固螺母的松退力自接转变为锁紧螺母的拧紧力，锁紧螺母的拧紧正好阻止了紧固螺母的松退，致使紧固螺母不能松脱。
4结论
双旋向对顶螺母防松结构是一种纯结构的防松方法，能有效地进行防松，其结构简单，使用方便，既可适用于“平稳、低速、重载的联接，也可适用于有振动、冲击的联接。
