王成立，洪學(xué)臣，楊鞏

某卡車板簧懸架U型螺栓設(shè)計(jì)

王成立，洪學(xué)臣，楊鞏

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

鋼板彈簧懸架是卡車最常用的懸架形式，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，具有良好的承載性能。板簧懸架通過鋼板彈簧連接車架（或車身）與車橋，鋼板彈簧與車橋通過U型螺栓連接。U型螺栓的強(qiáng)度，打緊力矩影響著鋼板彈簧的使用壽命和整車的安全性能。

卡車；鋼板彈簧；U型螺栓

CLC NO.: U463 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)16-69-03

前言

U型螺栓是將鋼板彈簧固定在車橋上的聯(lián)接部件，是懸架緊固件的一種。U型螺栓的作用是連接鋼板彈簧和車橋，是影響整車安全的重要零件。若螺栓發(fā)生斷裂，會(huì)造成行駛車輛車輪飛出，導(dǎo)致事故；即使U型螺栓力矩產(chǎn)生衰退，也會(huì)造成鋼板彈簧的早期斷裂，影響承載性能。

1 螺紋的主要參數(shù)

騎馬螺栓螺紋均為圓柱螺紋?，F(xiàn)在以圓柱普通螺紋的外螺紋為例說明螺紋的主要幾何參數(shù)。所示：

大徑d——螺紋的最大直徑，在標(biāo)準(zhǔn)中定為公稱直徑。

小徑d1——螺紋的最小直徑，在強(qiáng)度計(jì)算中常作為螺桿危險(xiǎn)截面的計(jì)算直徑。

圖1

中徑d2——通過螺紋軸向截面內(nèi)牙型上的溝槽和凸起寬度相等處的假想圓柱面的直徑，近似等于螺紋的平均直徑。中徑是確定螺紋幾何參數(shù)和配合性質(zhì)的直徑。

線數(shù)n——螺紋的螺旋線數(shù)目。沿一根螺旋線形成的螺紋稱為單線螺旋；沿兩根以上的螺旋線形成的螺紋稱為多線螺紋。常用的聯(lián)接螺紋要求自鎖性，故多用單線螺紋。

螺距P——螺紋相鄰兩個(gè)牙型上對(duì)應(yīng)點(diǎn)間的軸向距離。

導(dǎo)程S——螺紋上任一點(diǎn)沿統(tǒng)一條螺旋線轉(zhuǎn)一周所移動(dòng)的軸向距離。單線螺紋 S = P，多線螺紋 S = nP。

牙型角α——螺紋軸向截面內(nèi)，螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角。

表1 常用騎馬螺栓選用材料與疲勞極限

2 螺紋聯(lián)接件設(shè)計(jì)方法

螺紋聯(lián)接件的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)螺紋聯(lián)接件受力分析所確定的螺栓所受最大工作力，計(jì)算螺栓聯(lián)接所需螺紋直徑。具體設(shè)計(jì)流程如下：

圖2

3 計(jì)算例

以某卡車車型為例，設(shè)計(jì)后鋼板彈簧懸架U型螺栓，其結(jié)構(gòu)如圖所示。車架上，其結(jié)構(gòu)尺寸如表所示，設(shè)計(jì)此螺栓聯(lián)接并選擇螺栓。

圖3

圖4

表2 計(jì)算參數(shù)

鋼板彈簧通過兩個(gè)U型螺栓，共4處螺紋連接后橋，根據(jù)圖二受力簡(jiǎn)圖和表格數(shù)據(jù)，考慮沖擊載荷，沖擊倍數(shù)n=2.5，計(jì)算U型螺栓出受力F：

計(jì)算螺紋直徑

選擇螺栓材料為40Cr，性能等級(jí)為8.8，查標(biāo)材料手冊(cè)可得螺栓材料的抗拉強(qiáng)度為：

螺栓直徑的計(jì)算公式為：

確定許用應(yīng)力：

對(duì)于不控制預(yù)緊力的緊螺栓聯(lián)接安全系數(shù)[s]=5～2.5，取[s]=4；根據(jù)螺栓性能等級(jí)和材料抗拉強(qiáng)度計(jì)算騎馬螺栓屈服極限：

根據(jù)d1≥12mm，查標(biāo)準(zhǔn)件手冊(cè)可得螺栓的規(guī)格為M16 (d1=13.835mm)。

螺栓擰緊力矩確定

根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，為了滿足螺栓的預(yù)緊力要求，確定螺栓的擰緊力矩M，如下：

式中：

Dk——支撐面等價(jià)扭矩直徑，mm；

dw——螺栓法蘭外直徑，mm；

dh——安裝孔直徑，mm；

d2——螺栓中徑，mm；

P——螺距，mm；

u——螺栓摩擦系數(shù)，對(duì)于安全件螺栓取0.1～0.16；

S——許用安全系數(shù)，通常取1.2～1.5；

F0——系統(tǒng)需要的預(yù)緊力，N。

預(yù)緊力的大小需根據(jù)螺栓組受力的大小和連接的工作要求決定。設(shè)計(jì)時(shí)首先保證所需的預(yù)緊力，又不應(yīng)使連接的結(jié)構(gòu)尺寸過大。一般規(guī)定擰緊后螺紋連接件預(yù)緊應(yīng)力不得大于其材料的屈服點(diǎn)σs的80%。對(duì)于一般連接用鋼制螺栓，推薦的預(yù)緊力F0計(jì)算如下：

校核確定的擰緊力矩是否超出螺栓的動(dòng)態(tài)屈服力矩確定螺栓的擰緊力矩是否超出了螺栓規(guī)格所能承受的動(dòng)態(tài)屈服力矩，具體計(jì)算如下：

式中：

FY——屈服軸向力，N；

Dk——支撐面等價(jià)扭矩直徑，mm；

σs——螺栓屈服強(qiáng)度，Mpa；

A0——應(yīng)力截面積，可通過GB/T3098.1標(biāo)準(zhǔn)查閱，mm；

d2——螺栓中徑，mm；

d0——危險(xiǎn)截面直徑，mm；

umin——螺栓的最小摩擦系數(shù)，取0.1；

MY——螺栓的屈服扭矩，N·mm；

Dk——支撐面等價(jià)扭矩直徑，mm。

經(jīng)過計(jì)算螺栓確定的最大擰緊力矩M必須要滿足M≤MY，不然會(huì)引起螺栓的失效。

4 結(jié)語

U型螺栓是影響車輛安全的重要零件，對(duì)涉及安全的緊固件校核尤其要重視。螺紋聯(lián)接件在懸架以及整車上應(yīng)用十分廣泛，種類繁多，不同螺紋聯(lián)接件尺寸規(guī)格，性能規(guī)格等均有國(guó)標(biāo)可查，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需查閱相關(guān)手冊(cè)，選擇合適的聯(lián)接件。

參考資料

[1] 酒井智次.螺紋緊固件聯(lián)接工程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2016.

[2] 濮良貴,紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)(7版)[M].北京∶高等教育出版社,2003∶ 44.

[3] 余志生.汽車?yán)碚揫M].北京∶機(jī)械工業(yè)出版社,2000.

[4] 陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].下冊(cè).人民交通出版社.1996.

A truck leaf spring suspension U-bolt design

Wang Chengli, Hong Xuechen, Yang Gong
( The Center of Technology of Jianghuai Automobile Co. Ltd, Anhui Hefei 230601 )

Leaf spring suspension is the most common form of suspension truck, simple structure, low cost, and has a good bearing performance. The suspension through leaf spring connection frame and axle, leaf spring and axle through the U-bolt connection. The strength of the U-bolt and fastening torque affects the service life of leaf of leaf spring and the safety of the vehicle .

Truck; leaf spring; U-bolt

U463

A

1671-7988(2017)16-69-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.16.025

王成立，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心。