汽車底盤螺紋連接設(shè)計(jì)研究

1、    汽車底盤螺紋連接設(shè)計(jì)研究    王東 康偉寧【摘 要】螺紋連接件在汽車上幾乎無處不在、處處都有。尤其在汽車底盤上，作用更加突出，汽車底盤零件的連接方式由于不同零件結(jié)構(gòu)差異主要以螺紋連接為主。深刻了解和分析螺紋連接的方式作用，會(huì)使我們在汽車設(shè)計(jì)、制造、使用、維修等方面受益匪淺，避免犯錯(cuò)?！娟P(guān)鍵詞】汽車；底盤；螺紋連接；設(shè)計(jì)眾所周知，螺紋連接是最基本的一種連接形式，有著構(gòu)造簡單、成本低、安裝拆卸方便等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代汽車工業(yè)中被廣泛應(yīng)用。所以控制好螺紋連接質(zhì)量，確保螺紋連接的可靠性對汽車底盤產(chǎn)品來說至關(guān)重要。緊螺栓連接時(shí)，必須考慮螺栓的預(yù)緊和防松問題，這

2、兩方面的問題直接關(guān)系到產(chǎn)品的功能正常實(shí)現(xiàn)，不容小視。1汽車底盤螺紋連接設(shè)計(jì)國內(nèi)研究現(xiàn)狀2005年，華中科技大學(xué)的項(xiàng)俊利用實(shí)車試驗(yàn)集的信號(hào)作為模型仿真的輸入信號(hào)，對所建的整車模型進(jìn)行了多種實(shí)車試驗(yàn)驗(yàn)證，有效地驗(yàn)證了模型的正確性、精確性。2006年，吉林大學(xué)的付寶珍在其碩士論文中介紹了用adams/car templatebuilder對懸架建模的具體方法，同時(shí)也詳細(xì)講解了襯套、緩沖塊等彈性元件的作用和使用方法。仿真結(jié)果表明在采用了包含襯套、緩沖塊的整車模型仿真時(shí)，與傳統(tǒng)的剛性模型相比，襯套的使用提高了仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性，而包含緩沖塊的模型仿真結(jié)果更精確2008年，湖南大學(xué)的趙榮遠(yuǎn)利用adams建立

3、了某跑車整車多體動(dòng)力學(xué)模型，參照國家標(biāo)準(zhǔn)在軟件中進(jìn)行了轉(zhuǎn)向回正實(shí)驗(yàn)、角階躍試驗(yàn)、蛇行實(shí)驗(yàn)、穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)等。并計(jì)算分析了懸架設(shè)計(jì)點(diǎn)對整車操縱穩(wěn)定性的靈敏度，又在靈敏度分析的基礎(chǔ)上，運(yùn)用adams/insight結(jié)合響應(yīng)面方法對影響操縱穩(wěn)定性較大的懸架設(shè)計(jì)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的日新月異，大大加速了汽車相關(guān)軟件的開發(fā)和應(yīng)用，汽車制造商們慢慢意識(shí)到汽車的研發(fā)、試驗(yàn)不能僅僅停留在物理樣車上，這樣一來，美國機(jī)械動(dòng)力公司開發(fā)的adams軟件在分析汽車動(dòng)力學(xué)性能上有了極大的使用價(jià)值，其自帶有專業(yè)用于汽車動(dòng)力學(xué)分析模塊，使復(fù)雜的模型得到了較精確的表達(dá)和方便的求解，能夠仿真分析汽車的駕駛平順性以

4、及操縱穩(wěn)定性，汽車動(dòng)力學(xué)在國內(nèi)發(fā)展迅猛。在整車模型中，底盤的研究控制是核心，底盤的控制又包括轉(zhuǎn)向控制、懸架控制、驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)控制，通過控制輪胎的運(yùn)動(dòng)來控制車輛運(yùn)動(dòng)，控制目標(biāo)是為了使汽車具有良好的操縱性，乘坐舒適性和加速、制動(dòng)性，由于實(shí)車物理樣機(jī)的昂貴、費(fèi)時(shí)，虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用既縮短設(shè)計(jì)研究周期，又節(jié)省了成本和人力物資，這些先進(jìn)的控制理念和實(shí)際的應(yīng)用使國內(nèi)學(xué)術(shù)精英們很好的掌握車輛動(dòng)力學(xué)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，加速了國內(nèi)汽車發(fā)展進(jìn)程。2螺紋連接件在汽車設(shè)計(jì)中的作用2.1固定作用螺紋連接件可以將2個(gè)零件或部件緊密地組合成一個(gè)整體，例如把氣缸蓋固定在氣缸體上，把車廂固定在車架上和把曲軸軸承蓋固定在軸承座上等。

5、這種情況下螺栓承受的是拉應(yīng)力作用，只要它的抗拉強(qiáng)度足夠大，且固定部位沒有松動(dòng)，這種固定就是可靠的。2.2傳力作用兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)著的零件，通過螺紋連接件連接起來后，一個(gè)零件的轉(zhuǎn)矩便通過螺紋連接件傳遞給另一個(gè)零件。例如，汽車上用螺栓把前后兩段傳動(dòng)軸、半軸突緣跟車輪輪轂、輪輞跟車輪輪轂連接起來等。這種情況下，螺栓除了承受拉應(yīng)力的作用外，還要承受剪切應(yīng)力的作用。2.3連接作用一些經(jīng)常需要拆卸的零件之間往往采用螺紋連接件，以便拆裝。如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼與曲軸箱的連接、空氣濾清器跟化油器上體的連接、各種導(dǎo)線與電氣零件的連接等。這種連接件一般承受的載荷不大，但是連接要求較高，必須牢固、可靠，才能保證被連接件的正常工

6、作。2.4定位作用汽車上有些零件之間保持著比較嚴(yán)格的相對位置關(guān)系，且這種關(guān)系經(jīng)常需要變化或調(diào)整，調(diào)整之后依靠螺栓或螺釘固定它們的相對位置。例如：汽油發(fā)動(dòng)機(jī)分電器的斷電器活動(dòng)觸點(diǎn)，在調(diào)整它與固定觸點(diǎn)的間隙之后，用螺釘固定，以防松動(dòng)而影響點(diǎn)火正時(shí)的準(zhǔn)確性；某缸氣門間隙調(diào)整完畢，用相應(yīng)氣門搖臂上的螺母鎖緊，以防氣門間隙發(fā)生變化，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作；汽油發(fā)動(dòng)機(jī)co調(diào)整裝置和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)噴油時(shí)刻調(diào)整裝置等，每次調(diào)整之后都要用螺釘將其定位；離合器分離杠桿調(diào)整螺栓的固定、制動(dòng)踏板拉桿調(diào)整之后的固定等。3螺紋連接原理及松動(dòng)原因3.1螺紋連接原理螺栓的緊固扭矩與預(yù)緊力的關(guān)系：扭矩系數(shù)k是反映螺栓擰緊過程中的扭矩

7、和軸向夾緊力之間關(guān)系的系數(shù)，k值越小，螺紋摩擦和端面摩擦所消耗比越小。目前國產(chǎn)螺栓k值變化非常大，即緊固扭矩變化非常大。相反，在保證緊固扭矩相同的情況下，軸向夾緊力比較分散。在擰緊螺栓時(shí)，有部分的扭矩消耗在螺栓端面的摩擦上，有部分扭矩消耗在螺紋的摩擦上，僅有很少的扭矩用來產(chǎn)生預(yù)緊力。目前國內(nèi)普通螺栓摩擦系數(shù)在0.3左右，為降低摩擦系數(shù)，采用在螺紋表面涂抹螺紋穩(wěn)定劑的方法控制螺紋摩擦系數(shù)在0.110.16范圍，以降低螺紋摩擦所占比例，提高預(yù)緊力。3.2螺紋聯(lián)接松動(dòng)的原因?qū)β菁y聯(lián)接而言，引起螺紋聯(lián)接件松動(dòng)的原因很多，但歸納起來主要為以下原因：螺紋聯(lián)接時(shí)施加一定的預(yù)緊力使螺栓產(chǎn)生拉伸變形，在聯(lián)接件的

8、接觸面上產(chǎn)生塑性環(huán)形壓陷，螺紋副表面粗糙度、波紋度及形位誤差等產(chǎn)生局部塑性變形。在使用過程中，塑性變形的繼續(xù)發(fā)生，使螺紋副和支撐面上產(chǎn)生微小的滑動(dòng)，進(jìn)而使預(yù)緊力下降，促使螺紋聯(lián)接發(fā)生松動(dòng)。當(dāng)有初始預(yù)緊力的螺紋聯(lián)接受到軸向載荷作用時(shí)，螺栓受軸向力的拉伸。螺紋牙斜面上受到徑向分力的作用，螺紋接觸面間會(huì)產(chǎn)生微小的相對滑動(dòng)。在載荷的反復(fù)作用下，這種相對滑動(dòng)逐漸增大，當(dāng)達(dá)到破壞螺紋聯(lián)接的自鎖條件時(shí)，會(huì)使螺母松動(dòng)回轉(zhuǎn)，聯(lián)接失效。當(dāng)有初始預(yù)緊力的螺紋聯(lián)接受到垂直于軸線的橫向載荷作用時(shí)，在橫向力的反復(fù)作用下，使螺紋發(fā)生彈性的扭轉(zhuǎn)變形或零件接觸面之間有垂直于螺紋軸線方向的相對滑移。逐漸累積起的扭轉(zhuǎn)位移，迫使螺旋

9、副沿螺旋方向下滑，從而逐漸使預(yù)應(yīng)力減小，甚至消失，進(jìn)而使螺紋聯(lián)接出現(xiàn)松動(dòng)。4 防松措施對于汽車底盤部件而言，螺栓連接的可靠性直接關(guān)系整車的安全性，為此，許多院校和企業(yè)都進(jìn)行了詳細(xì)的研究，例如，采用自鎖螺母、增加開口銷、雙螺母防松、涂螺紋鎖固膠等措施，筆者從產(chǎn)品設(shè)計(jì)及工藝角度談?wù)劼菟ǚ浪傻膽?yīng)用措施：設(shè)計(jì)支架時(shí)統(tǒng)籌考慮強(qiáng)度、剛度及外載荷作用，采用合適的結(jié)構(gòu)，并且通過試驗(yàn)測試支架的變形抗力，從而設(shè)計(jì)出合理的擰緊力矩。為避免支架表面局部塑性變形，支架在沖壓過程中必須進(jìn)行整形處理，并且要求其平面度、平行度、同軸度等在一定公差范圍內(nèi)。支架和軸套內(nèi)管選擇合適的材料，保證在極限工況下受力不超過材料的屈服強(qiáng)度的80%。在總裝車間設(shè)置二次打緊工序，由于第一次螺栓打緊相當(dāng)于對支架進(jìn)行整形處理，使其獲得良好的表面精度，再打緊之后避免了局部塑性變形與變形抗力的作用，增加了軸套的有效載荷，防止力矩松弛。5結(jié)語汽車是由各種不同的零件經(jīng)不同方式組裝而成，汽車底盤主要以螺紋連接為主。螺紋連接件由于具有可靠性高、拆裝方便、形式多樣、運(yùn)用靈活等優(yōu)點(diǎn)而在汽車底盤上得到廣泛應(yīng)用。汽車作為一種高速運(yùn)動(dòng)的交通工具，和人們的生命、