趙清閣 李振山

【摘 要】本文主要就汽車底盤螺紋連接設計進行了詳細的分析，首先闡述了螺紋連接松動的原因，然后指出在預緊力變形和受軸向、橫向動靜載荷作用下，螺紋連接會發(fā)生松動。最后探討了底盤設計應用。本文以下進行了詳細的闡述。

【關鍵詞】汽車；底盤；螺紋連接；設計

一、前言

隨著經濟的快速發(fā)展，汽車成為了人們日常生活中必不可少的交通工具。汽車底盤設計作為汽車整體設計的關鍵，人們對它的要求也越來越嚴格。我國在汽車底盤設計上取得了一定的成績，但依然存在一些問題需要改進。

二、底盤設計要求

底盤設計考慮的關鍵在于滿足整車性能的各項指標。汽車應當具備的基本性能可概括為動力性、經濟性、制動性、操穩(wěn)性、平順性、安全性和耐久性。一般所說的底盤工程包括前后懸架、轉向系、制動系和車輪的設計配置。與這些系統(tǒng)直接相關的整車性能有制動性、操穩(wěn)性和平順性。底盤的懸架部件本身要足夠牢固，而其設計是否到位直接影響車架車身的受力大小，同時底盤設計也和耐久性相關。

三、螺紋連接原理及松動原因

1、螺紋連接原理

螺栓的緊固扭矩與預緊力的關系：Tf=KFfd

Tf――為緊固扭矩，F(xiàn)f――為預緊力，d――為螺紋公稱直徑，K――為扭矩系數(shù)。

扭矩系數(shù)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(shù)，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(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，提高預緊力。

2、螺紋聯(lián)接松動的原因

對螺紋聯(lián)接而言，引起螺紋聯(lián)接件松動的原因很多，但歸納起來主要為以下3個方面的原因：

（1）聯(lián)接面變形

螺紋聯(lián)接時施加一定的預緊力使螺栓產生拉伸變形，在聯(lián)接件的接觸面上產生塑性環(huán)形壓陷，螺紋副表面粗糙度、波紋度及形位誤差等產生局部塑性變形。在使用過程中，塑性變形的繼續(xù)發(fā)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(lián)接發(fā)生松動。

（2）受軸向載荷作用產生松動

當有初始預緊力的螺紋聯(lián)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(lián)接的自鎖條件時，會使螺母松動回轉，聯(lián)接失效。

（3）受橫向載荷作用產生松動

當有初始預緊力的螺紋聯(lián)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(fā)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(lián)接出現(xiàn)松動。

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

四、螺紋連接件結構設計

下面以副車架與擺臂連接體的設計為例細說螺紋連接件的結構設計，此案例是汽車底盤的重要螺紋連接體，擰緊方法采用扭矩法。

1、副車架設計

對于副車架與擺臂的連接，螺栓不受軸向載荷，只承受橫向載荷。初始的螺紋聯(lián)接松動往往與聯(lián)接面加工精度有關，下面通過試驗進行研究。

（1）領取試驗器材：后副車架兩臺、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、點漆筆、游標卡尺；

（2）用點漆筆畫出后下擺臂軸套與副車架配合區(qū)域，該區(qū)域為檢測區(qū)域；

（3）三坐標檢測：檢測副車架開口尺寸、平面度、平行度，軸套兩端尺寸；

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

（5）檢測擺臂軸套貼平力矩：用塞尺（0.05mm）檢測軸套端面與開口間隙，每擰緊10N·m檢測一次，直到不能塞進為止，記錄力矩；

（6）靜置48小時后，檢測螺栓擰松力矩，記錄力矩。

2、擺臂設計

擺臂橡膠襯套總成的結構是由內管、橡膠體2部分組成：內管是壁厚較大的鋼管，內孔能夠穿過螺栓，內管的兩端面有尖齒。內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，當下擺臂擺動時，內襯套不能隨其擺動，橡膠體扭轉彈性變形實現(xiàn)擺動。

為很好地實現(xiàn)設計功能，要求橡膠襯套總成能夠有效緊固。將端面設計成齒形結構，緊固襯套總成時，內管端面的尖齒嵌入到副車架擺臂安裝支架板內，能夠有效的防止車輪跳動過程中，襯套內管相對副車架保持靜止，使襯套總成實現(xiàn)、減震吸能的作用。尖齒的齒長呈輻射狀分布，抵抗轉動的能力最強，但加工工藝復雜一些；呈平行線狀分布，抵抗轉動的能力差些，但加工工藝簡單。

（1）設定螺紋緊固件的最小軸力和最大軸力，也就是設定螺紋緊固件的擰緊扭矩的最小值和最大值，是螺紋連接體設計應用的關鍵。要從螺紋連接體的功能、緊固件和被緊固件的結構、性能、表面狀態(tài)以及實施螺紋緊固的方法和工具等方面綜合考慮。設定的軸力（或扭矩）過小，會影響設計功能的實現(xiàn)；設定的軸力（或扭矩）過大，會引起緊固件失效（斷裂、滑牙、屈服）或緊固件被壓潰等故障。為了充分發(fā)揮緊固件的性能，一般應使螺栓的軸力為該螺栓保證載荷的60%～8O%。

（2）螺紋緊固件緊固完畢后，質檢員檢測時，往往得不到裝配時的擰緊扭矩，即使用相同的檢具也是如此。擰緊扭矩隨著時間的推移而衰減，可以說是正常的、不可避免的。這種檢測應在裝配后數(shù)分鐘內進行才有意義。即使刻線做標記證明螺栓、螺母裝配完畢后沒有發(fā)生位移，但是擰緊扭矩仍然是衰減了。因些復檢時，擰緊扭矩稍有衰減，并不能作為緊固件是否松動的依據(jù)。

（3）新設計的螺紋連接體，要按一定程序進行試驗驗證，從簡單的臺架模擬試驗到嚴酷的實車試驗場試驗都合格后，才能應用到商品車的試生產。因為“設計”本身就難免有不確定的因素。就是成功的設計，生產了一定的數(shù)量或者更換了供應商，仍然要進行必要的試驗認證。

五、車底盤的網絡化技術

目前汽車上每個總成幾乎是機械、電子和信息一體化裝置。在系統(tǒng)中電子和信息部分所起的作用也越來越重要，汽車工電子裝置的增加使連接的電子線路迅速膨脹，線束越來越復雜。在汽車設計、裝配、維護中的負擔甚至到了無法承受的程度。而且線路接頭的增加引起安全隱患。另外線的重量和占用空間也是值得考慮的問題，重量的增加意味著降低效率。線路體積（直徑）太大在相對運動的部分之間過線非常困難，所以在電子裝置不斷增加的情況下，減少線束成為一個必須解決的問題，而使用傳統(tǒng)的點到點平行連接方式顯然無法擺脫這種困境，因而基于串行通信傳輸?shù)木W絡結構成為一種必然的選擇?；谄嚨妆P的電子化技術、線控技術的應用、汽車底盤的網絡化技術成為必然。如何建立局域網將汽車底盤的各種電子設備的傳感器、執(zhí)行機構、ECU的數(shù)據(jù)和信息通過一個總的ECU進行集中控制成為急需解決的問題。

【參考文獻】

[1]毛顯紅，侯之超，宋立新，羅明軍，趙永玲.振動疲勞關鍵技術及其在底盤結構中的應用[J].汽車工程學報，2013，3（02）：133-138.

[2]宗長富，李剛，鄭宏宇，何磊，張澤星.線控汽車底盤控制技術研究進展及展望[J].中國公路學報，2013，26（02）：160-176.

下載全文文秘咨詢

[3]姚敏茹.螺紋聯(lián)接防松技術的研究應用與發(fā)展.新技術新工藝，2014（6）：26.

[4]丁亞康.汽車底盤集成及其控制技術研究[J].武漢理工大學，2015（1）：13-15.