某型變速器儲能器緊固性能正向設計研究及應用

楊溢 王凱 姚栓

摘 要：本文從正向設計開發角度，對儲能器的緊固性能進行設計研究應用。通過有限元計算方法對儲能器及安裝板進行建模分析;通過載荷提取，得到儲能器螺紋外載;通過VDI2230計算標準，對其緊固性能進行正向設計校核，得到儲能器的設計摩擦系數、擰緊扭矩和夾緊力值。同時，本文為解決懸臂結構的緊固性能，提供了正向設計方法指導及經驗借鑒。

關鍵詞：緊固性能;正向設計;有限元法;載荷提取;VDI2230

1 引言

眾所周知，螺紋緊固件是機械基礎件中最廣泛采用的緊固聯接件之一，它具有較強的通用性、可靠性、互換性，也是重要的安全聯接之一。如果設計和選擇不當，會導致聯接松動、失效、損壞、泄露等故障出現，造成停機、停工、停產，甚至導致機毀人亡，發生重大人身財產損失，因此螺栓的緊固性能設計校核是極為重要的[2]。

儲能器作為某型變速器上的一個主要設備，其作用是為某型變速器提供穩定的壓力保證。儲能器緊固結構為典型的懸臂結構，結構受到一附加彎矩左右，同時其內部有一定壓力，在多個外載的共同作用下，其緊固性能的正向設計校核變得極為重要。本文將有限元與VDI2230結合應用，對儲能器的緊固密封性能進行正向設計校核，為保證其緊固的可靠性提供重要支撐。

2 有限元模型建模及載荷提取

儲能器結構右側端面位置到安裝板距離為L=140mm，儲能器重量為2.8Kg，本次分析按照10倍重力計算分析，其結構如圖1所示。

進行有限元建模，儲能器重力為G=280N。材料及網格屬性見表1。有限元模型及計算結果見圖2。

通過螺栓外載荷，得到螺栓外載，其外載見表2。

3 VDI2230緊固性能正向設計校核

VDI2230作為緊固性能校核標準，已廣泛應用于汽車制造、航空航天、工業制造等多個行業，其具有校核過程簡單，經驗指導性強，校核結果可靠性高等眾多優點，以被大眾、寶馬、豐田、吉利等多家國內外汽車制造廠商作為緊固設計的首選標準。

3.1 緊固參數

儲能器的螺栓為M33×1.5，嚙合長度為14mm，設計擰緊扭矩為M=200Nm。其它緊固參數見表3。

3.2 設計校核流程

對儲能器緊固性能進行設計校核，經測定夾緊面最小摩擦系數μTmin=0.1。

R1：擰緊系數αA

結合車間測定經驗，得到電動扭矩扳手的擰緊系數為αA=1.3。

R2：最小夾緊力

a）摩擦夾緊傳遞橫向力和扭矩：

b）密封計算：

c）防止張口計算：

因此。

R3：柔度、載荷系數

螺栓柔度：

夾緊件柔度：

同時：

R4：粗糙度導致的夾緊力損失

R5：最小安裝夾緊力

R6：最大安裝夾緊力

R7：摩擦系數下的最大夾緊力

ADC12其抗拉強度σb=215MPa，屈服強度σsl=138MPa。出在鋁合金螺紋情況下，當M=200Nm，FM=25992N

R8：裝配載荷

因此：滿足要求。

R9：工作載荷

按照250Nm進行擰緊螺栓，對應的夾緊力FM=32491N。

R9：表面壓應力

R10：防止滑動安全系數及抗剪強度

R11：拉脫力校核

按照已編輯表格計算得到：

R12：擰緊扭矩

通過以上校核得到，在，時，M=250Nm擰緊儲能器，，緊固參數滿足各項計算設計校核要求。

4 總結

本文通過某型變速器儲能器的緊固性能正向設計，共完成以下幾點主要工作：

（1）根據實際最嚴重工況，完成儲能器的有限元仿真建模工作，得到緊固校核的模型建模方法;

（2）通過對螺紋的外載荷提取，得到螺紋外載;

（3）通過VDI2230螺栓緊固設計校核標準，完成儲能器緊固性能校核，最終按照250Nm擰緊，可保證各項緊固參數滿足設計要求。

本文通過結構有限元建模-螺栓載荷提取-VDI2230標準設計校核三大步驟，初步完成了懸臂結構的緊固性能的正向設計研究及應用，為后期同類型的緊固件性能設計校核提供方法指導及經驗借鑒。

參考文獻：

[1]VDI2230 第一部分 高強度螺栓連接的系統計算.

[2]酒井智次[日]著，柴之龍譯.螺紋緊固件聯接工程[M].機械工業出版社，2016.1.

[3]葉又，黃平.汽車緊固件實用技術手冊[S].中國汽車工程學會汽車防腐蝕老化分會組編.中國質檢出版社，2018.11.