汽車底盤螺紋連接設計研究

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構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，會使我們在汽車設計、制造、使用、維修等方面受益匪淺，避免犯錯。

【關鍵詞】汽車；底盤；螺紋連接；設計

眾所周知，螺紋連接是最基本的一種連接形式，有著構造簡單、成本低、安裝拆卸方便等優點，在現代汽車工業中被廣泛應用。所以控制好螺紋連接質量，確保螺紋連接的可靠性對汽車底盤產品來說至關重要。緊螺栓連接時，必須考慮螺栓的預緊和防松問題，這兩方面的問題直接關系到產品的功能正常實現，不容小視。

1汽車底盤螺紋連接設計國內研究現狀

2005年，華中科技大學的項俊利用實車試驗集的信號作為模型仿真的輸入信號，對所建的整車模型進行了多種實車試驗驗證，有效地驗證了模型的正確性、精確性。2006年，吉林大學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，同時也詳細講解了襯套、緩沖塊等彈性元件的作用和使用方法。仿真結果表明在采用了包含襯套、緩沖塊的整車模型仿真時，與傳統的剛性模型相比，襯套的使用提高了仿真結果的準確性，而包含緩沖塊的模型仿真結果更精確2008年，湖南大學的趙榮遠利用ADAMS建立了某跑車整車多體動力學模型，參照國家標準在軟件中進行了轉向回正實驗、角階躍試驗、蛇行實驗、穩態回轉實驗等。并計算分析了懸架設計點對整車操縱穩定性的靈敏度，又在靈敏度分析的基礎上，運用ADAMS/Insight結合響應面方法對影響操縱穩定性較大的懸架設計點進行優化。

近年來，隨著計算機技術發展的日新月異，大大加速了汽車相關軟件的開發和應用，汽車制造商們慢慢意識到汽車的研發、試驗不能僅僅停留在物理樣車上，這樣一來，美國機械動力公司開發的ADAMS軟件在分析汽車動力學性能上有了極大的使用價值，其自帶有專業用于汽車動力學分析模塊，使復雜的模型得到了較精確的表達和方便的求解，能夠仿真分析汽車的駕駛平順性以及操縱穩定性，汽車動力學在國內發展迅猛。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向控制、懸架控制、驅動/制動控制，通過控制輪胎的運動來控制車輛運動，控制目標是為了使汽車具有良好的操縱性，乘坐舒適性和加速、制動性，由于實車物理樣機的昂貴、費時，虛擬樣機技術的應用既縮短設計研究周期，又節省了成本和人力物資，這些先進的控制理念和實際的應用使國內學術精英們很好的掌握車輛動力學在汽車領域的應用，加速了國內汽車發展進程。

2螺紋連接件在汽車設計中的作用

2.1固定作用

螺紋連接件可以將2個零件或部件緊密地組合成一個整體，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。這種情況下螺栓承受的是拉應力作用，只要它的抗拉強度足夠大，且固定部位沒有松動，這種固定就是可靠的。

2.2傳力作用

兩個轉動著的零件，通過螺紋連接件連接起來后，一個零件的轉矩便通過螺紋連接件傳遞給另一個零件。例如，汽車上用螺栓把前后兩段傳動軸、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，螺栓除了承受拉應力的作用外，還要承受剪切應力的作用。

2.3連接作用

一些經常需要拆卸的零件之間往往采用螺紋連接件，以便拆裝。如汽車發動機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作。

2.4定位作用

汽車上有些零件之間保持著比較嚴格的相對位置關系，且這種關系經常需要變化或調整，調整之后依靠螺栓或螺釘固定它們的相對位置。例如：汽油發動機分電器的斷電器活動觸點，在調整它與固定觸點的間隙之后，用螺釘固定，以防松動而影響點火正時的準確性；某缸氣門間隙調整完畢，用相應氣門搖臂上的螺母鎖緊，以防氣門間隙發生變化，影響發動機的正常工作；汽油發動機CO調整裝置和柴油發動機噴油時刻調整裝置等，每次調整之后都要用螺釘將其定位；離合器分離杠桿調整螺栓的固定、制動踏板拉桿調整之后的固定等。

3螺紋連接原理及松動原因

3.1螺紋連接原理

螺栓的緊固扭矩與預緊力的關系：

扭矩系數K是反映螺栓擰緊過程中的扭矩和軸向夾緊力之間關系的系數，K值越小，螺紋摩擦和端面摩擦所消耗比越小。目前國產螺栓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，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生預緊力。目前國內普通螺栓摩擦系數在0.3左右，為降低摩擦系數，采用在螺紋表面涂抹螺紋穩定劑的方法控制螺紋摩擦系數在0.11～0.16范圍，以降低螺紋摩擦所占比例，提高預緊力。

3.2螺紋聯接松動的原因

對螺紋聯接而言，引起螺紋聯接件松動的原因很多，但歸納起來主要為以下原因：螺紋聯接時施加一定的預緊力使螺栓產生拉伸變形，在聯接件的接觸面上產生塑性環形壓陷，螺紋副表面粗糙度、波紋度及形位誤差等產生局部塑性變形。在使用過程中，塑性變形的繼續發生，使螺紋副和支撐面上產生微小的滑動，進而使預緊力下降，促使螺紋聯接發生松動。當有初始預緊力的螺紋聯接受到軸向載荷作用時，螺栓受軸向力的拉伸。螺紋牙斜面上受到徑向分力的作用，螺紋接觸面間會產生微小的相對滑動。在載荷的反復作用下，這種相對滑動逐漸增大，當達到破壞螺紋聯接的自鎖條件時，會使螺母松動回轉，聯接失效。當有初始預緊力的螺紋聯接受到垂直于軸線的橫向載荷作用時，在橫向力的反復作用下，使螺紋發生彈性的扭轉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。逐漸累積起的扭轉位移，迫使螺旋副沿螺旋方向下滑，從而逐漸使預應力減小，甚至消失，進而使螺紋聯接出現松動。

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系整車的安全性，為此，許多院校和企業都進行了詳細的研究，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，筆者從產品設計及工藝角度談談螺栓防松的應用措施：①設計支架時統籌考慮強度、剛度及外載荷作用，采用合適的結構，并且通過試驗測試支架的變形抗力，從而設計出合理的擰緊力矩。②為避免支架表面局部塑性變形，支架在沖壓過程中必須進行整形處理，并且要求其平面度、平行度、同軸度等在一定公差范圍內。③支架和軸套內管選擇合適的材料，保證在極限工況下受力不超過材料的屈服強度的80%。④在總裝車間設置二次打緊工序，由于第一次螺栓打緊相當于對支架進行整形處理，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結語

汽車是由各種不同的零件經不同方式組裝而成，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、運用靈活等優點而在汽車底盤上得到廣泛應用。汽車作為一種高速運動的交通工具，和人們的生命、財產安全息息相關，如果不重視其螺紋連接件的正確使用和維護，出問題后果可能不堪設想。

參考文獻：

[1]GB/T 16823.2-1997，螺紋緊固件緊固通則[S].

[2]姚敏茹.螺紋聯接防松技術的研究應用與發展.新技術新工藝，2006（6）：26.

（作者單位：精誠工科汽車系統有限公司底盤研究院）