某車型緊固螺栓彎曲分析

楊綿

摘 要：某車型后懸模塊在裝配過程中，后橫向導桿與后轉向節(jié)小軸套緊固螺栓出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象，導致無法調整后懸模塊四輪參數(shù)，通過對后懸結構及制件質量的分析闡述了在新車開發(fā)過程中結構方案對整車質量的影響。

關鍵詞：四輪參數(shù)；應力；彎曲

后橫向導桿在后懸模塊中主要起到調整外傾角、前束角的作用，通過偏心墊片的轉動引起螺栓在后橫向導桿長圓孔中的滑動從而調整了后轉向節(jié)與后副車架中心線的距離達到調整外傾的作用。在整車行進過程中后橫向導桿承受來自不平路面的沖擊，若緊固螺栓彎曲會導致緊固螺栓返松后引起配合部位響，若不及時糾正會造成外傾超差，輪胎出現(xiàn)偏磨，影響用戶駕駛體驗（車感漂浮、顛簸、搖擺等現(xiàn)象）。

1 故障分析

1.1 受力分析校核

①栓強度計算[1]

螺栓的軸向力：

F= T/[μtol×（0.577×d2）+0.5（db+D0）/2+P/2π]=73.912KN

螺栓承受拉應力σ=F/As=802.5189MPa

由于σ<σs，所以螺栓強度滿足產品設計要求；

②連接件強度校核σ1=F/A1=157.2108MPa[2]

由于σ1<σs1，所以連接件強度滿足產品設計要求；

③軸套內管強度校核[3]

軸套內管壓力σ2=F/A2=268.5474MPa

由于σ2<σs2，所以軸套內管強度滿足產品設計要求；

通過受力校核公式可知，若螺紋副摩擦系數(shù)不穩(wěn)定將對受力結果產生較大的影響，目前國內標準件廠家控制螺紋副摩擦系數(shù)的公差在0.4以內，特別要控制摩擦系數(shù)下限，避免由于摩擦系數(shù)過小引起螺栓被拉斷的風險。

1.2 后橫向導桿材質分析

1.2.1后橫向導桿硬度測試結果為155HV，查德標DIN50150，155HV對應的材料抗拉強度為495MPa，圖紙要求后橫向導桿材質為SAPH440（屈服強度≥305MPa，抗拉強度≥440MPa），可初步判定后橫向導桿被壓潰不是因為材質過軟造成的，通過測試硬度的方法可在較短的時間內排除或確定材質問題。

1.2.2 后橫向導桿材質合格

[＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&][元素

實測值

標準

判定][C

0.008

≤0.12

OK][Si

0.21

≤0.50

OK][Mn

1.13

≤0.1.50

OK][P

0.013

≤0.030

OK][S

0.004

≤0.025

OK]

1.2.3 后橫向導桿力學性能合格。經過試板拉伸試驗，得知后橫向導桿板材抗拉強度為460MPa，屈服強度為310MPa，證明材質完全合格，符合1.2.1的推斷，排除材質問題。

1.3 墊片倒角不合格 墊片圖紙要求件厚為3mm，經測量墊片厚度均勻且合格，倒角為2mm，大于圖紙要求的1mm，觀測墊片與后橫向導桿長圓孔的壓痕，由于倒角偏大，墊片與導桿的接觸面積變小，墊片局部邊緣甚至壓入了導桿長圓孔中，導桿長圓孔處壓強過大。

綜上，墊片邊緣與導桿長圓孔邊緣局部重合，會造成后橫向導桿局部受力過大，后橫向導桿局部出現(xiàn)“壓潰”現(xiàn)象后，墊片所在平面出現(xiàn)傾斜，螺栓與墊片軸線出現(xiàn)夾角，螺栓承受彎矩從而出現(xiàn)彎曲。

1.4 故障再現(xiàn)。為確定螺栓與墊片軸線出現(xiàn)夾角后是否會導致螺栓彎曲，將后轉向節(jié)小軸套端部切去1°的料，在沒有后橫向導桿的情況下，將螺栓、后轉向節(jié)小軸套、墊片、螺母進行裝配，螺栓打緊后靜置5分鐘，拆開螺栓進行觀察，發(fā)現(xiàn)螺栓出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象，且彎曲位置處于螺母配合段，與裝配線體出現(xiàn)的螺栓批量彎曲為同一位置，證明找到了真因。

2 臨時整改方案

為避免后橫向導桿被壓潰導致螺栓與墊片軸線出現(xiàn)夾角，需提高墊片與導桿的接觸面積，整改周期短且成本較低的方案為去掉墊片的倒角。進行小批量對比驗證，發(fā)現(xiàn)無倒角組的后橫向導桿長圓孔處壓痕較淺（約0.5mm），螺栓出現(xiàn)輕微彎曲，而未更改組的后橫向導桿長圓孔處出現(xiàn)深度為1mm的壓痕，螺栓顯著彎曲。

3 永久整改方案

臨時方案中螺栓與后橫向導桿長圓孔邊緣搭接面積較小，后橫向導桿依然存在較淺的印痕，為徹底解決這一問題，必須重新制定后懸調整方案：在保證后橫向導桿長圓孔位置不動的前提下（保證后懸模塊外傾角調整量），進行結構調整，將后橫向導桿長圓孔兩端擋肩向壓潰端移動3mm，偏心螺栓、墊片向圓心方向移動3mm，由于偏心調整機構整體進行偏心量調整，因此偏心螺栓/墊片轉動180°依然起到調整前的作用——保證螺栓能夠到達導桿長圓孔的兩端。實驗表明，改后方案不影響四輪調整，后橫向導桿的印痕僅限于漆膜層，未對導桿本體產生壓痕，解決了后橫向導桿壓潰導致的螺栓彎曲問題：