汽車用螺紋緊固件擰緊質(zhì)量控制

摘 要：為控制汽車底盤零部件中結(jié)構(gòu)件的螺栓聯(lián)接質(zhì)量，文章通過案例分析，運用工程計算與試驗相結(jié)合的方法，確定聯(lián)接緊固扭矩的大小，再配以合理的檢驗手段，最終把螺栓聯(lián)接質(zhì)量控制在滿意的范圍內(nèi)。

關(guān)鍵詞：緊固扭矩；預(yù)緊力；磨擦系數(shù)；扭矩系數(shù)

前言

在汽車底盤零部件中有很多構(gòu)件是由螺栓聯(lián)接的，螺栓聯(lián)接質(zhì)量的好壞，取決于預(yù)緊力。在緊固件和結(jié)構(gòu)允許的情況下，預(yù)緊力越大，聯(lián)接越安全可靠，結(jié)構(gòu)疲勞壽命越高。但過高的預(yù)緊力，如控制不當會使螺栓拉長或斷裂，從而導(dǎo)致聯(lián)接失效；預(yù)緊力過小螺栓容易松動脫落，發(fā)生安全事故。所以，底盤零部件聯(lián)接設(shè)計中確保設(shè)計的預(yù)緊力，對質(zhì)量控制至關(guān)重要。

1 預(yù)緊力控制方法

目前一般采用扭矩法來控制預(yù)緊力：在螺母或螺栓頭部施加一個緊固扭矩Tf，如果磨擦系數(shù)越大，扭矩系數(shù)就越大，預(yù)緊力就會越小，反之預(yù)緊力就會越大。

要使聯(lián)接可靠而不使螺栓拉長或斷裂，則要求設(shè)計時得出螺栓準確的緊固扭矩。

2 緊固扭矩計算

對于一般的聯(lián)接，在材料彈性區(qū)內(nèi)緊固扭矩與預(yù)緊力的關(guān)系如下式所示：

Tf=Ts+Tw

式中：Tf-緊固扭矩；Ts-螺紋扭矩；Tw-支承面扭矩。

，F(xiàn)f為預(yù)緊力；P為螺距，us為螺紋磨擦系數(shù)，d2為螺紋中徑，a'為螺紋牙側(cè)角。

TW=■uwDw，uw為支承面磨擦系數(shù)，Dw為支承面磨擦扭矩的等效直徑。

令K=■（■+usd2seca'+uwDw），緊固扭矩公式可簡寫為：Tf=KFfd

式中：K-扭矩系數(shù)；d-螺紋公稱直徑。

從上式中可以看出：Tf與Ff成正比，因此扭矩系數(shù)K的取值是決定緊固扭矩的關(guān)鍵因素。

一般設(shè)計時，先對構(gòu)件聯(lián)接作受力分析，根據(jù)零部件受力情況計算出Ff值（一般情況下，鋼制高強度螺栓的預(yù)緊力Ff值可按預(yù)緊應(yīng)力δf=0.7δs來確定。）

接著，根據(jù)Ff值的大小，確定螺栓強度等級及螺紋公稱直徑d。在選定聯(lián)接件后，根據(jù)扭矩-夾緊力試驗，計算出K值，再根據(jù)Tf=KFfd就可以確定合適的緊固扭矩。

3 實際案例

我公司生產(chǎn)的某型號前輪邊總成，安裝制動器總成時，原客戶設(shè)計圖上選用機械性能為10.9級的螺栓M12×1.25用于聯(lián)接，緊固扭矩為120±10N.m，在裝配過程中發(fā)現(xiàn)近50%的螺栓擰不到120N.m就出現(xiàn)拉長現(xiàn)象。剛開始懷疑螺栓的質(zhì)量，經(jīng)檢驗螺栓的硬度與抗拉強度均符合標準要求。又分析了客戶設(shè)計圖的設(shè)計依據(jù)，發(fā)現(xiàn)是采用了老標準，計算選取的是在高摩擦系數(shù)情況下的扭矩系數(shù)，而現(xiàn)在汽車行業(yè)低磨擦系數(shù)已經(jīng)大規(guī)模發(fā)展應(yīng)用，現(xiàn)在執(zhí)行高摩擦系數(shù)下計算出來的緊固扭矩顯然已不合理。

以此螺栓為例：原汽車行業(yè)標準按高摩擦系數(shù)情況下，得扭矩系數(shù)為0.284，其使用標準扭矩為145N.m，預(yù)緊力為42547N，在材料本身的屈服強度范圍內(nèi)；現(xiàn)在如果采用低磨擦系數(shù)標準，在理論最小值0.08時，扭矩系數(shù)為0.11，如果仍使用標準扭矩145N.m，預(yù)緊力將達到109848N，是材料本身屈服強度的1.3倍。

根據(jù)緊固扭矩計算方法，重新計算并試驗，最終確定公司生產(chǎn)的某型號前輪邊總成，其安裝制動器總成用10.9級螺栓M12×1.25聯(lián)接，標準緊固力矩為100N.m。按其重要度，擰緊精度等級選用Ⅱ級，扭矩比為0.818，最終選定扭矩范圍為90-110Nm。

裝配時只要擰緊螺栓緊固扭矩到該范圍，即可使螺栓取得準確的軸向預(yù)緊力，讓螺栓在工作時既能承受施加在螺栓上的力，又不會出現(xiàn)螺栓變形、斷裂等情況，從而提高產(chǎn)品可靠性及安全性。

4 緊固扭矩檢驗

除了準確的緊固扭矩計算外，實際裝配時的扭矩檢驗也至關(guān)重要。在裝配時應(yīng)嚴格按緊固扭矩要求進行裝配，最好用扭力扳手，以便于精確控制緊固扭矩的大小，也是為查明實際緊固扭矩是否達到要求而同步進行的檢驗。

檢驗一般分間接法和直接法。間接法是以擰緊槍在完成螺栓緊固作業(yè)那一瞬間所顯示的值作為最終扭矩，一般稱為裝配扭矩。直接法則是一種事后檢查方法，是由專業(yè)檢查人員手持指針式或電子數(shù)顯式扭力扳手，直接對產(chǎn)品上某一螺栓聯(lián)接部位進行扭矩測試，這樣得到的最終扭矩值常稱為檢查扭矩。這種檢驗方法成本低，結(jié)果比較可靠，操作方便，是目前應(yīng)用最廣的一種方法。

5 結(jié)束語

汽車底盤行業(yè)的結(jié)構(gòu)件聯(lián)接中，螺栓聯(lián)接的質(zhì)量，嚴重影響到行車安全。通過緊固扭矩的計算，并根據(jù)實踐試驗確定，配以實際生產(chǎn)過程中的檢查，足可以達到令人滿意的效果的。

根據(jù)此法進行參數(shù)改進的公司此型產(chǎn)品現(xiàn)在大批量生產(chǎn)供貨，此聯(lián)接質(zhì)量穩(wěn)定再無先前的缺陷。

參考文獻

[1]機械設(shè)計手冊編委會.機械設(shè)計手冊[M].化學工業(yè)出版社，2004（8）.