【摘要】簡(jiǎn)要分析了螺紋連接松動(dòng)的原因，指出在預(yù)緊力變形和受軸向、橫向動(dòng)靜載荷作用下，螺紋連接會(huì)發(fā)生松動(dòng)。并簡(jiǎn)要論述了底盤(pán)設(shè)計(jì)應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】汽車(chē)；底盤(pán)；螺紋連接；設(shè)計(jì)

眾所周知，螺紋連接是最基本的一種連接形式，有著構(gòu)造簡(jiǎn)單、成本低、安裝拆卸方便等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代汽車(chē)工業(yè)中被廣泛應(yīng)用。所以控制好螺紋連接質(zhì)量，確保螺紋連接的可靠性對(duì)汽車(chē)底盤(pán)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。緊螺栓連接時(shí)，必須考慮螺栓的預(yù)緊和防松問(wèn)題，這兩方面的問(wèn)題直接關(guān)系到產(chǎn)品的功能正常實(shí)現(xiàn)，不容小視。

1、螺紋連接原理及松動(dòng)原因

1.1螺紋連接原理

螺栓的緊固扭矩與預(yù)緊力的關(guān)系：

扭矩系數(shù)K是反映螺栓擰緊過(guò)程中的扭矩和軸向夾緊力之間關(guān)系的系數(shù)，K值越小，螺紋摩擦和端面摩擦所消耗比越小。目前國(guó)產(chǎn)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(shí)，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(lái)產(chǎn)生預(yù)緊力（見(jiàn)表1）。目前國(guó)內(nèi)普通螺栓摩擦系數(shù)在0.3左右，為降低摩擦系數(shù)，采用在螺紋表面涂抹螺紋穩(wěn)定劑的方法控制螺紋摩擦系數(shù)在0.11～0.16范圍，以降低螺紋摩擦所占比例，提高預(yù)緊力。

1.2螺紋聯(lián)接松動(dòng)的原因

對(duì)螺紋聯(lián)接而言，引起螺紋聯(lián)接件松動(dòng)的原因很多，但歸納起來(lái)主要為以下3個(gè)方面的原因：

1.2.1聯(lián)接面變形

螺紋聯(lián)接時(shí)施加一定的預(yù)緊力使螺栓產(chǎn)生拉伸變形，在聯(lián)接件的接觸面上產(chǎn)生塑性環(huán)形壓陷，螺紋副表面粗糙度、波紋度及形位誤差等產(chǎn)生局部塑性變形。在使用過(guò)程中，塑性變形的繼續(xù)發(fā)生，使螺紋副和支撐面上產(chǎn)生微小的滑動(dòng)，進(jìn)而使預(yù)緊力下降，促使螺紋聯(lián)接發(fā)生松動(dòng)。

1.2.2受軸向載荷作用產(chǎn)生松動(dòng)

當(dāng)有初始預(yù)緊力的螺紋聯(lián)接受到軸向載荷作用時(shí)，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(huì)產(chǎn)生微小的相對(duì)滑動(dòng)。在載荷的反復(fù)作用下，這種相對(duì)滑動(dòng)逐漸增大，當(dāng)達(dá)到破壞螺紋聯(lián)接的自鎖條件時(shí)，會(huì)使螺母松動(dòng)回轉(zhuǎn)，聯(lián)接失效。

1.2.3受橫向載荷作用產(chǎn)生松動(dòng)

當(dāng)有初始預(yù)緊力的螺紋聯(lián)接受到垂直于軸線的橫向載荷作用時(shí)，在橫向力的反復(fù)作用下，使螺紋發(fā)生彈性的扭轉(zhuǎn)變形或零件接觸面之間有垂直于螺紋軸線方向的相對(duì)滑移。逐漸累積起的扭轉(zhuǎn)位移，迫使螺旋副沿螺旋方向下滑，從而逐漸使預(yù)應(yīng)力減小，甚至消失，進(jìn)而使螺紋聯(lián)接出現(xiàn)松動(dòng)。

以上原因往往是在變載、沖擊、振動(dòng)等作用下同時(shí)出現(xiàn)，且交互作用。此外，工作溫度等因素的變化，也會(huì)引起螺紋聯(lián)接松動(dòng)。[2]

2、螺紋連接件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

下面以副車(chē)架與擺臂連接體的設(shè)計(jì)為例細(xì)說(shuō)螺紋連接件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，此案例是汽車(chē)底盤(pán)的重要螺紋連接體，擰緊方法采用扭矩法。

2.1副車(chē)架設(shè)計(jì)

對(duì)于副車(chē)架與擺臂的連接，螺栓不受軸向載荷，只承受橫向載荷。初始的螺紋聯(lián)接松動(dòng)往往與聯(lián)接面加工精度有關(guān)，下面通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行研究。

1.領(lǐng)取試驗(yàn)器材：后副車(chē)架兩臺(tái)、后下擺臂安裝螺栓/螺母各四只、后下擺臂軸套四只、塞尺、力矩扳手、活扳手、點(diǎn)漆筆、游標(biāo)卡尺；

2.用點(diǎn)漆筆畫(huà)出后下擺臂軸套與副車(chē)架配合區(qū)域，該區(qū)域?yàn)闄z測(cè)區(qū)域；

3.三坐標(biāo)檢測(cè)：檢測(cè)副車(chē)架開(kāi)口尺寸、平面度、平行度，軸套兩端尺寸；

4.檢測(cè)擺臂軸套夾緊力矩：安裝擺臂軸套，緩慢旋轉(zhuǎn)軸套同時(shí)緩慢擰緊力矩扳手直到軸套不旋轉(zhuǎn)為止，記錄力矩；

5.檢測(cè)擺臂軸套貼平力矩：用塞尺（0.05mm）檢測(cè)軸套端面與開(kāi)口間隙，每擰緊10N·m檢測(cè)一次，直到不能塞進(jìn)為止，記錄力矩；

6.靜置48小時(shí)后，檢測(cè)螺栓擰松力矩，記錄力矩。

具體檢測(cè)結(jié)果如下：

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以明確看出，副車(chē)架擺臂支架（與橡膠襯套內(nèi)管配合處）的平行度和平面度與螺紋連接力矩有密切關(guān)系。平行度和平面的精度較低，有限的緊固力矩大多數(shù)被用來(lái)克服支架變形使襯套端面與支架貼平，剩余小部分的緊固力矩被轉(zhuǎn)化為軸向力起到緊固作用，螺紋連接早期失效就可想而知啦。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，提供足夠的軸向力，降低螺栓擰緊力矩的衰減風(fēng)險(xiǎn)，副車(chē)架設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)關(guān)注襯套內(nèi)管配合面的平行度和平面度的精度，必要時(shí)可考慮設(shè)計(jì)成凸臺(tái)結(jié)構(gòu)。

2.2擺臂設(shè)計(jì)

擺臂橡膠襯套總成的結(jié)構(gòu)是由內(nèi)管、橡膠體2部分組成：內(nèi)管是壁厚較大的鋼管，內(nèi)孔能夠穿過(guò)螺栓，內(nèi)管的兩端面有尖齒。內(nèi)管與橡膠體硫化到一起。襯套總成壓裝到擺臂套管上，襯套由于受到螺栓的軸向力，當(dāng)下擺臂擺動(dòng)時(shí)，內(nèi)襯套不能隨其擺動(dòng)，橡膠體扭轉(zhuǎn)彈性變形實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)。見(jiàn)圖一。

為很好地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能，要求橡膠襯套總成能夠有效緊固。將端面設(shè)計(jì)成齒形結(jié)構(gòu)，緊固襯套總成時(shí)，內(nèi)管端面的尖齒嵌入到副車(chē)架擺臂安裝支架板內(nèi)，能夠有效的防止車(chē)輪跳動(dòng)過(guò)程中，襯套內(nèi)管相對(duì)副車(chē)架保持靜止，使襯套總成實(shí)現(xiàn)、減震吸能的作用。尖齒的齒長(zhǎng)呈輻射狀分布，抵抗轉(zhuǎn)動(dòng)的能力最強(qiáng)，但加工工藝復(fù)雜一些；呈平行線狀分布，抵抗轉(zhuǎn)動(dòng)的能力差些，但加工工藝簡(jiǎn)單。尖齒的形狀和分布見(jiàn)圖二。

參考文獻(xiàn)

[1]GB/T 16823.2-1997，螺紋緊固件緊固通則[S].

[2]姚敏茹.螺紋聯(lián)接防松技術(shù)的研究應(yīng)用與發(fā)展.新技術(shù)新工藝，2006（6）：26.