試驗夾具表面處理對螺栓扭矩在試驗中扭矩損失的影響研究

顧尚安　奚鋒

摘要：螺栓連接是目前汽車底盤零件試驗夾具與零件間最重要的連接方式，本文通過試驗研究分析了試驗夾具表面常用處理方式對螺栓扭矩在試驗后扭矩損失的影響，以便在日后選擇更優的表面處理方式，對試驗結果的影響降到最低。研究表明常用的幾種表面處理對試驗后螺栓扭矩的損失影響不是非常明顯，表面發黑處理與另外兩種處理方式相比扭矩的損失稍微小一些，但差距不大。基于便于保存不易生銹的考慮，在試驗周期寬裕的條件下推薦選取表面發黑處理。

關鍵詞：試驗夾具；表面處理；扭矩損失

汽車緊固件雖然在整個汽車產品結構中只占小部分，但作為汽車的組成部分，起著至關重要的作用，特別是在汽車底盤中，連接著車身與底盤各相關部件。在汽車底盤部件的各種試驗中，臺架試驗占據了很大的比重，其中，試驗夾具作為臺架的一個重要組成部分，與試驗結果息息相關。緊固件、螺栓連接是試驗夾具與試驗樣件間最重要的連接方式，本文通過試驗分析了試驗夾具表面處理對螺栓扭矩在試驗中損失的影響，研究夾具表面處理對扭矩損失的影響，以便在今后的試驗中選擇更合適的表面處理方式，對試驗結果的影響降至最低。

1.概述

1.1螺栓連接概論

螺栓連接，在汽車底盤件試驗臺架搭建中必不可少，是試驗樣件與試驗工裝夾具的組合，通常為螺紋連接。

螺紋連接是一種廣泛使用的可拆卸的固定連接，其結構簡單、連接可靠、裝拆方便。根據螺紋在軸向平面圖的形狀，分為三角形螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋等。根據螺旋線的繞行方向，分左旋螺紋和右旋螺紋，規定將螺紋直立時螺旋線向右上升為右旋螺紋，向左上升為左旋螺紋。汽車零件生產制造中一般采用右旋螺紋，只有特殊要求時，才采用左旋螺紋，譬如有些試驗臺架中連桿兩頭分別使用右旋和左旋外螺紋魚眼球角來連接夾具及試驗零件，本文中的試驗用螺栓采用普通右旋螺栓。

1.2螺栓扭矩損失

對于任何螺栓連接，在連接件發生疲勞運動后都會產生一定程度的扭矩損失。這種扭矩損失與螺栓的連接狀態緊密相關。螺栓連接狀態有三種，分別為硬連接、軟連接和中性連接。

硬連接和中性連接一般不存在扭矩損失，軟連接的扭矩損失較為嚴重。但在實際使用過程中，任何螺栓連接件在一定的疲勞運動后都會產生扭矩損失，軟連接中尤為嚴重，無法完全避免，只能通過對各種影響因素的控制和優化來改善損失程度，確保扭矩損失后的夾緊力不低于設計夾緊力的最低要求。

扭矩損失的幅度，在標準上沒有明確的規定，是一個比較復雜、難以確定的參數，與之關聯的因素較多；要根據產品的級別、緊固件硬度、表面處理狀況、產品材料、扭矩系數、安裝工藝狀況、安裝的緊固力矩選擇等多方面因素而定，同時要結合整車的車速、載重量，根據實際經驗來確定。

從臺架試驗工裝夾具的設計角度分析：（1）試驗夾具表面粗糙度；表面粗糙度越小，在螺栓擰緊后扭矩損失越小；（2）試驗夾具材料硬度：提高材料硬度，材料表面相互之間嵌入越困難，扭矩損失也越小。

2.扭矩損失試驗驗證

2.1試驗工裝夾具材料及表面處理

本次試驗工裝夾具材料45#。

汽車底盤零件臺架試驗工裝夾具為了便于保存和美觀常用的表面處理方式為表面發黑或者上漆，而有時試驗周期緊的時候為了縮短夾具加工時間或考慮到成本因素，也會對夾具不進行表面處理。

2.2試驗螺栓

本次使用的試驗螺栓用分兩種：原裝實車螺栓及試驗室常用螺栓

原裝實車螺栓：M12×10 10.9級六角螺栓及M12六角螺母。

試驗室常用螺栓：M12×10 12.9級內六角螺栓及M12六角螺母。

2.3試驗設備

本次試驗采用液壓伺服控制系統及自動螺栓扭矩加載裝置。

2.4試驗方案

通過液壓直線作動器（Load cell+25kN，Stroke250mm）對臺架進行多組相同載荷相同目標循環相同頻率的疲勞試驗。分別加工6套試驗夾具，無表面處理2套、表面發黑處理2套、表面上漆處理2套。試驗樣件，選擇某型號同一批次某型號后下控制臂6件。首先用實車螺栓裝配并記錄扭矩，用三種不同表面處理方式的夾具分別進行三項試驗，試驗后實測螺栓扭矩；然后用試驗室常用螺栓裝配并記錄扭矩，用三種不同表面處理方式的夾具分別進行同一參數設置的試驗，試驗后實測螺栓扭矩。試驗的裝配實測螺栓扭矩及試驗后實測螺栓扭矩如圖1及表1統計。

2.5試驗數據

試驗結果：實車螺栓裝配試驗后無表面處理、表面發黑及表面上漆的實測扭矩分別為73.2Nm、73.7Nm、73.6Nm，試驗常用螺栓裝配后無表面處理，發黑及表面上漆的實測扭矩分別為71.4Nm、72.1Nm、71.7Nm，兩組數據都比較接近，差距不明顯，如表l數據統計所示。

3.結語

通過對試驗夾具不同表面處理對螺栓扭矩在試驗裝配及試驗后實測的多組試驗數據，得出本文所試驗的三種表面處理方式對于試驗后螺栓扭矩的損失影響不是非常明顯，表面發黑處理與另外兩種處理方式相比試驗后扭矩損失稍微小一些，但差距不大。基于便于保存且不易生銹的考慮，在試驗夾具加工周期寬裕的條件下推薦選取表面發黑處理。