改进汽车轮胎螺栓结构的设计

改进汽车轮胎螺栓结构的设计p1绪论汽车轮胎螺栓的功用是用来固联轮毂(轮芯)与轮盘(轮辐)。在汽车行驶过程中,如果出现轮胎螺栓松动乃至折断,将严重危及车辆的行驶安全。目前,载重汽车(特别是重型载重汽车)轮胎螺栓在结构上存在有一定的缺陷,在车辆运行过程中常常出现轮胎螺栓相对于轮毂(轮芯)松动而滑转、轮盘(轮辐)与车轴不在同一轴线上而导致车辆运行过程中容易产生折断,这已成为车辆经营者的一种心理包袱,也成为轮胎螺栓制造商急待解决的问题。现行轮胎螺栓在结构上存在的缺陷,主要表现几个方面:目前,公知的汽车轮胎螺栓如下图所示,其与轮毂的接合面1a是光滑面,而车轮轮毂上的螺栓孔的壁面也是光滑的,其粗糙度为1.6。由于车辆运行一定的里程后,轮胎螺栓会损坏,在多次更换轮胎螺栓过程中,轮毂上的轮胎螺栓孔将会扩大。这时,维修中再将新的轮胎螺栓安装上,新的轮胎螺栓不能与轮毂实现过盈配合或过渡配合,只能靠小螺母进行定位,在车辆行驶一定里程后,螺母松动,导致轴孔相对滑转,这就造成螺栓折断。同时,由于磨损使轮毂螺栓孔圆柱度和圆度失准,安装了新的轮胎螺栓后轴孔不同心,这就不能保证轮胎螺栓中心线与轮毂端面垂直。这也是造成轮胎螺栓折断的原因。正因为如此,现有技术中经过更换轮胎螺栓的维修之后,极为容易造成轮胎螺栓在汽车行驶中因松动而再次折断的情况。目前,汽车轮胎螺栓01(如图1a、1b所示),其端盘02圆周上轴向的截面03为直线型。轮胎螺栓安装在轮毂G上时,其端盘02与圆弧型轮毂G的接触点只在直线的中心点A上(如图2所示)。车辆运行过程中,由于会频繁出现起步、加速、紧急制动等情况,导致轮胎螺栓端面直线与圆弧型轮毂G接触点出现晃动现象,即:螺栓相对轴孔滑转,其结果是使轮胎螺栓松动乃至折断。目前,为了便于车轮的拆装,汽车轮胎螺栓组合件的螺杆直径比轮盘螺栓孔直径小4～6mm,轮胎螺母与轮盘的接触端面01是一个平面且与轮盘平面是平行的(如图1a、1b所示),其安装后的结果是:①车轮装上轮毂时,车轮本身自重在地球引力的作用下垂直下移,由于上述孔和杆直径差的因素,引起轮毂中心线与车轮中心线不能在同一轴线上,导致车轮旋转时形成不规则的运转。②汽车行驶时的扭矩传递路线是:扭矩经轮毂传递给轮胎螺栓,再传递给轮盘(即车轮)。上述几种情况导致轮胎螺栓折断使许多的轮胎螺栓生产制造商都感到束手无策,他们都是从选择优质轮胎螺栓材料和调质处理方面做文章,但收效并不明显。笔者认为,从改进轮胎螺栓结构上能很大程度上解决轮胎螺栓折断的难题。2改进轮胎螺栓结构方案设计为了解决轮胎螺栓因为结构上的缺陷,导致上述几种情况致使轮胎螺栓折断的现象,笔者经过多年的研究、设计、实验,研制出“花键式轮胎螺栓”、“V型端盘轮胎螺栓”、“定位组合式轮胎螺母”三项新技术,具体如下:2.1花键式轮胎螺栓本项新技术的目的在于改进现有技术的缺陷,提供一种可以与轮毂上的光滑孔壁的轮胎螺栓孔匹配的双头的花键轮胎螺栓,其可以与多次维修螺栓孔变形扩大了的螺栓孔构成过渡或过盈配合从而确保螺栓在汽车运行中不松动、不折断。本项新技术的目的是这样实现的:本项新技术提供的花键轮胎螺栓,其中部设有直径较大的一个中间盘,中间盘的两边形成直径不同的两段螺杆,该两段螺杆从各自的端头在螺杆上各设有一段螺纹;在较小直径的螺杆段上螺纹段到中间盘之间的一段光杆上设有一段外凸的滚花键段。该段滚花键段在当本轮胎螺栓固联在轮胎轮毂中时,是处在轮毂螺栓光孔中的。所述滚花键段的长度可以在100-250mm,其程度依照不同车型而定。所述滚花键段是与螺栓轴线平行的细花键。该花键外圆的直径在原来螺栓光杆直径的基础上加大0.20-0.50mm。其直径增大的程度依照不同车型而定。所述细花键最好是其横截面上为三角形状。其是三角形花键齿为lx1.0。本项新技术提供的花键轮胎螺栓由于采用细花键端面替代了光滑的端面,因而将起以下三项功能:在轮毂轮胎螺栓孔磨损而产生孔径圆度、圆柱度失准时,采用细花键齿端面的轮胎螺栓,在螺母拧紧后,能自动寻找轴孔的中心,使螺栓安装后不倾斜。轮毂轮胎螺栓孔磨损在一定范围内,由于细花键加大了螺栓的直径,可确保轮毂与轮胎螺栓始终处于过盈配合(或过渡配合)状态。使用新轮毂或轮毂轮胎螺栓孔磨损极小时,本项新技术设计有的细花键三角形截面键形成导向部位和三角形截面键槽形成铁屑残留部位。导向部位能使轮胎螺栓平行顺利地安装到轮毂上;由于花键齿的外直径加大0.20—0.50mm,在使用新轮毂时,可能产生理论上的安装困难。本设计轮胎螺栓与轮毂上的螺栓孔壁的接触面是细花键齿,该细花键齿的柱表面积比螺栓光杆柱表面积大幅度地缩小,因而安装时,细花键齿与轮毂光孔端面的接触单位面积压力增大,切削力大,凸出的细花键齿就很容易被切削,从而克服安装困难的因素。又因为本设计细花键齿的齿根直径比螺栓杆直径小(因为三角细花键齿为1×1.0,而花键齿的外直径加大只有0.20—0.50mm),这就使三角形截面键槽形成了铁屑的残留部位,所以切削下来的铁屑就会残留在此,避免切削下来的铁屑阻碍轮胎螺栓的安装。本项新技术的突出的有益效果是在汽车维修中使用本花键式轮胎螺栓后,解决了因轮毂轮胎螺栓孔磨损造成轮胎螺栓在汽车行驶中松动而折断的问题。本花键式轮胎螺栓的结构简单,加工方便。2.2型端盘轮胎螺栓本项新技术的目的在于改进现有技术的缺陷,提供一种可以与圆弧型轮毂匹配的V型端盘轮胎螺栓,从而确保螺栓在汽车运行中不松动、不折断。本项新技术的目的是这样实现的:本项新技术提供的V型端盘轮胎螺栓,其端部设有直径较大的V型端盘,端盘的另一端延设螺杆,螺杆的端头上设有一段螺纹,在所述端盘上一侧圆周上沿轴向设有一截面,该截面为内凹的V型截面。使用时,本轮胎螺栓穿过轮毂、轮盘,端头上螺接螺母起到固联轮毂、轮盘的作用。使用本轮胎螺栓,其端面的V型截面的端面紧贴着圆弧型的轮毂上形成两个接触点。本项新技术提供的V型端盘轮胎螺栓由于采用V型截面的端盘替代了直线型截面的端盘,在其与圆弧型轮毂的接触中,有两个接触点,且凹形的V型截面可将轮毂的外缘包涵起来,因而,使得轮胎螺栓固联轮毂、轮盘后没有相对旋转的余地,避免轮胎螺栓与轮毂、轮盘固联后出现相对滑转现象,从而防止汽车行驶过程中由于轮胎螺栓相对轮毂滑转造成螺栓松动乃至折断现象。再有,V型截面比其它形状截面结构更简单,加工更方便。2.3定位组合式轮胎螺母本项新技术的目的在于改进现有技术的缺陷,提供一种定位组合式轮胎螺母,使轮盘与轮胎螺栓组合件固定时,车轮与轮毂能自动找准中心,并使轮盘与轮胎螺栓组合件结合间隙达到最小值,增大轮盘螺孔与轮胎螺栓杆的接触面积,减少接触面的剪切应力,从而确保汽车运行中轮胎螺栓不易折断。本项新技术的目的是这样实现的:本项新技术所提供的定位组合式轮胎螺母,是固定轮盘与轮胎螺栓组合件上的一套组合式螺母,它包括螺母、垫圈和导向定位套管垫圈,其中,螺母与垫圈的一端套接铆合连接在一起,使得螺母和垫圈能相对旋转的固定在一起,或者螺母与垫圈固为一体;所述垫圈的另一端与导向定位套管垫圈构成套合结构,在套合处,垫圈和导向定位套管垫圈的该两个套合端的端面延设有承插结构,在导向定位套管垫圈相对于所述套合端的另一端的端面,沿轴向延设一个空心的圆柱体,其内孔与垫圈的中心孔相连通。安装时空心圆柱体穿插在轮胎螺栓杆与轮盘之间所存在的间隙中,支撑着轮盘,螺母的内螺纹螺接轮胎螺栓,垫圈与导向定位套管垫圈的承插端相抵固定。所述垫圈和导向定位套管垫圈的两个套合端的承插结构可以是:垫圈的套合端具有一个外凸的锥形外廓的端头,导向定位套管垫圈的套合端具有一个比轮胎螺母垫圈的套合端直径更大的呈内锥柱孔,该内锥柱孔与导向定位套管垫圈的中心孔同心且相连通;当所述垫圈和导向定位套管垫圈套合在一起时,所述垫圈的锥形外廓为贴合面与所述导向定位套管垫圈的内锥柱孔的相应表面的贴合面相贴合。所述垫圈和导向定位套管垫圈的两个套合端的结构也可以是:所述垫圈的套合端为圆柱形外廓的端头,导向定位套管垫圈的套合端具有一个与垫圈的圆柱形外廓端头相匹配的内孔,该内孔与所述导向定位套管垫圈的中心孔同心且相连通;当所述垫圈和导向定位套管垫圈套合在一起时,所述垫圈的圆柱形外廓为贴合面与所述导向定位套管垫圈的内孔的相应表面的贴合面相贴合。所述垫圈和导向定位套管垫圈的两个套合端的结构还可以是:所述垫圈和导向定位套管垫圈的套合端的外廓尺寸相匹配,在两者的端面上分别设有一个凸部和一个相匹配的凹部,所述凸部的周面与垫圈的轴线的夹角可以为0-60°,优选0-45°,最佳值为45°。该凸部的侧面外廓和凹部的侧面内壁与各自的垫圈中心孔同心且相连通,当所述垫圈和导向定位套管垫圈套合在一起时,所述凸部和凹部表面相贴合,且所述凸部和凹部外面的两部件的端平面也相贴合。所述垫圈和导向定位套管垫圈的两个套合端的结构还可以是:在所述垫圈的套合端上铆合一个过渡垫圈,其外廓尺寸与导向定位套管垫圈的套合端外廓相匹配,在该过渡垫圈和导向定位套管垫圈的套合端两者的端面上分别设有一个如前所述的凸部和一个相匹配的凹部。当所述垫圈和导向定位套管垫圈套合在一起时,所述凸部和凹部表面相贴合,且所述凸部和凹部外面的两部件的端平面也相贴合。这样,导向定位套管垫圈与轮胎螺母垫圈的承插结构在组装时,构成吻合,作为形成圆锥柱与圆锥孔的外凸的锥形外廓的端头与内锥柱孔或者相匹配的凸部和凹部这种最佳的承插结构在工作中有默契的配合,这种配合在螺母拧紧时能起到帮助车轮自动找准中心的作用。在设置凸部和凹部的两个技术方案中,螺母与垫圈的受力点不光在锥形面上,而且还在二者的端平面上。其受力情况更好。所述定位导向套垫圈的空心圆柱体的长度,一般为4mm以上,其上限应视不同车型而定;空心圆柱体的内圆直径和外圆直径,也应视不同车型的轮胎螺栓杆直径和轮盘螺栓孔直径大小而定。本项新技术提供的定位组合式轮胎螺母替代传统的汽车轮胎螺母,因而将具有起以下新功能和更好的效果:当车轮装上轮毂后,将定位导向套垫圈的空心圆柱体套入轮盘螺栓孔与轮胎螺栓杆之间存在的空隙中,这就在很大程度上消除了轮盘螺栓孔与轮胎螺栓杆二者之间的间隙,也对轮盘起到支撑的作用,当汽车急加速和紧急制动等扭矩变换时,由于轮盘螺栓孔与轮胎螺栓杆的间隙被定位导向套垫圈上的空心圆柱体占位而大幅度消除,并且使得轮盘螺栓孔与轮胎螺栓杆的接触面积增大,作用接触部位上所形成的剪切应力大幅度下降,可最大程度地避免轮胎螺栓折断现象。如果螺母与垫圈是分体锻造铆合而成,组合后,二者能相对转动,这就解决了轮胎螺栓拧紧时,螺母刮伤轮盘的现象。3三项新技术的成效及使用注意事项三项新技术已先后投入生产及试产阶段。“花键式轮胎螺栓”、“V型端盘轮胎螺栓”已在福建省漳州市某生产制造企业投入批量生产。从使用的效果看,基本上能根本解决轮胎螺栓折断问题,深受全国各地广大用户的青昧。就象某重型运输车队(集装箱车队)的负责人所说:“‘凌莹牌’轮胎螺栓确实是个好东西,它解决了困扰我们车队轮胎螺栓长期折断弊病,是一种品牌产品”。但“花键式轮胎螺栓”使用过程中应该注意的是,它适用于汽车维修,即:二次以上使用。新车最好不要使用,因为采用“花键式轮胎螺栓”后,如果要更换轮胎螺栓时,就不能使用无“花键式轮胎螺栓”。“定位组合式轮胎螺母”目前已进入投产阶段。“凌莹牌”轮胎螺栓已投入批量试产,在国内广泛使用。其中,在某汽车上的一个车轮装上“定位组合式轮胎螺母”,其余三个车轮仍用其他轮胎螺栓。试行3个月后,无采用“定位组合式轮胎螺栓”的轮胎螺栓均因某原因全部更换,唯独采用“定位组合式轮胎螺母”这轮的轮胎螺栓仍在使用,显然这项新技术的效果甚佳。4结语上述三项新技术是本人对改进汽车轮胎螺栓结构的初浅设计方案,有待于进一步完善。相信今后还有更多的新技术对汽车轮胎螺栓结构进行改进,使之结构更加合理。小小的一颗汽车轮胎螺栓,是汽车千万个零部件中的一员,虽在汽车零部件所占的位置不算很重要,但是在汽车运行过程中确起到举足轻重的作用,它关系到汽车行驶的安全性,关系到车辆运行的使用效率,所以这颗小小的螺丝钉逐渐被人们所重视。