汽车底盘螺纹连接设计研究

王东 康伟宁

【摘 要】螺纹连接件在汽车上几乎无处不在、处处都有。尤其在汽车底盘上，作用更加突出，汽车底盘零件的连接方式由于不同零件结构差异主要以螺纹连接为主。深刻了解和分析螺纹连接的方式作用，会使我们在汽车设计、制造、使用、维修等方面受益匪浅，避免犯错。

【關键词】汽车；底盘；螺纹连接；设计

众所周知，螺纹连接是最基本的一种连接形式，有着构造简单、成本低、安装拆卸方便等优点，在现代汽车工业中被广泛应用。所以控制好螺纹连接质量，确保螺纹连接的可靠性对汽车底盘产品来说至关重要。紧螺栓连接时，必须考虑螺栓的预紧和防松问题，这两方面的问题直接关系到产品的功能正常实现，不容小视。

1汽车底盘螺纹连接设计国内研究现状

2005年，华中科技大学的项俊利用实车试验集的信号作为模型仿真的输入信号，对所建的整车模型进行了多种实车试验验证，有效地验证了模型的正确性、精确性。2006年，吉林大学的付宝珍在其硕士论文中介绍了用ADAMS/CAR TemplateBuilder对悬架建模的具体方法，同时也详细讲解了衬套、缓冲块等弹性元件的作用和使用方法。仿真结果表明在采用了包含衬套、缓冲块的整车模型仿真时，与传统的刚性模型相比，衬套的使用提高了仿真结果的准确性，而包含缓冲块的模型仿真结果更精确2008年，湖南大学的赵荣远利用ADAMS建立了某跑车整车多体动力学模型，参照国家标准在软件中进行了转向回正实验、角阶跃试验、蛇行实验、稳态回转实验等。并计算分析了悬架设计点对整车操纵稳定性的灵敏度，又在灵敏度分析的基础上，运用ADAMS/Insight结合响应面方法对影响操纵稳定性较大的悬架设计点进行优化。

近年来，随着计算机技术发展的日新月异，大大加速了汽车相关软件的开发和应用，汽车制造商们慢慢意识到汽车的研发、试验不能仅仅停留在物理样车上，这样一来，美国机械动力公司开发的ADAMS软件在分析汽车动力学性能上有了极大的使用价值，其自带有专业用于汽车动力学分析模块，使复杂的模型得到了较精确的表达和方便的求解，能够仿真分析汽车的驾驶平顺性以及操纵稳定性，汽车动力学在国内发展迅猛。在整车模型中，底盘的研究控制是核心，底盘的控制又包括转向控制、悬架控制、驱动/制动控制，通过控制轮胎的运动来控制车辆运动，控制目标是为了使汽车具有良好的操纵性，乘坐舒适性和加速、制动性，由于实车物理样机的昂贵、费时，虚拟样机技术的应用既缩短设计研究周期，又节省了成本和人力物资，这些先进的控制理念和实际的应用使国内学术精英们很好的掌握车辆动力学在汽车领域的应用，加速了国内汽车发展进程。

2螺纹连接件在汽车设计中的作用

2.1固定作用

螺纹连接件可以将2个零件或部件紧密地组合成一个整体，例如把气缸盖固定在气缸体上，把车厢固定在车架上和把曲轴轴承盖固定在轴承座上等。这种情况下螺栓承受的是拉应力作用，只要它的抗拉强度足够大，且固定部位没有松动，这种固定就是可靠的。

2.2传力作用

两个转动着的零件，通过螺纹连接件连接起来后，一个零件的转矩便通过螺纹连接件传递给另一个零件。例如，汽车上用螺栓把前后两段传动轴、半轴突缘跟车轮轮毂、轮辋跟车轮轮毂连接起来等。这种情况下，螺栓除了承受拉应力的作用外，还要承受剪切应力的作用。

2.3连接作用

一些经常需要拆卸的零件之间往往采用螺纹连接件，以便拆装。如汽车发动机油底壳与曲轴箱的连接、空气滤清器跟化油器上体的连接、各种导线与电气零件的连接等。这种连接件一般承受的载荷不大，但是连接要求较高，必须牢固、可靠，才能保证被连接件的正常工作。

2.4定位作用

汽车上有些零件之间保持着比较严格的相对位置关系，且这种关系经常需要变化或调整，调整之后依靠螺栓或螺钉固定它们的相对位置。例如：汽油发动机分电器的断电器活动触点，在调整它与固定触点的间隙之后，用螺钉固定，以防松动而影响点火正时的准确性；某缸气门间隙调整完毕，用相应气门摇臂上的螺母锁紧，以防气门间隙发生变化，影响发动机的正常工作；汽油发动机CO调整装置和柴油发动机喷油时刻调整装置等，每次调整之后都要用螺钉将其定位；离合器分离杠杆调整螺栓的固定、制动踏板拉杆调整之后的固定等。

3螺纹连接原理及松动原因

3.1螺纹连接原理

螺栓的紧固扭矩与预紧力的关系：

扭矩系数K是反映螺栓拧紧过程中的扭矩和轴向夹紧力之间关系的系数，K值越小，螺纹摩擦和端面摩擦所消耗比越小。目前国产螺栓K值变化非常大，即紧固扭矩变化非常大。相反，在保证紧固扭矩相同的情况下，轴向夹紧力比较分散。在拧紧螺栓时，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纹的摩擦上，仅有很少的扭矩用来产生预紧力。目前国内普通螺栓摩擦系数在0.3左右，为降低摩擦系数，采用在螺纹表面涂抹螺纹稳定剂的方法控制螺纹摩擦系数在0.11～0.16范围，以降低螺纹摩擦所占比例，提高预紧力。

3.2螺纹联接松动的原因

对螺纹联接而言，引起螺纹联接件松动的原因很多，但归纳起来主要为以下原因：螺纹联接时施加一定的预紧力使螺栓产生拉伸变形，在联接件的接触面上产生塑性环形压陷，螺纹副表面粗糙度、波纹度及形位误差等产生局部塑性变形。在使用过程中，塑性变形的继续发生，使螺纹副和支撑面上产生微小的滑动，进而使预紧力下降，促使螺纹联接发生松动。当有初始预紧力的螺纹联接受到轴向载荷作用时，螺栓受轴向力的拉伸。螺纹牙斜面上受到径向分力的作用，螺纹接触面间会产生微小的相对滑动。在载荷的反复作用下，这种相对滑动逐渐增大，当达到破坏螺纹联接的自锁条件时，会使螺母松动回转，联接失效。当有初始预紧力的螺纹联接受到垂直于轴线的横向载荷作用时，在横向力的反复作用下，使螺纹发生弹性的扭转变形或零件接触面之间有垂直于螺纹轴线方向的相对滑移。逐渐累积起的扭转位移，迫使螺旋副沿螺旋方向下滑，从而逐渐使预应力减小，甚至消失，进而使螺纹联接出现松动。

4 防松措施

对于汽车底盘部件而言，螺栓连接的可靠性直接关系整车的安全性，为此，许多院校和企业都进行了详细的研究，例如，采用自锁螺母、增加开口销、双螺母防松、涂螺纹锁固胶等措施，笔者从产品设计及工艺角度谈谈螺栓防松的应用措施：①设计支架时统筹考虑强度、刚度及外载荷作用，采用合适的结构，并且通过试验测试支架的变形抗力，从而设计出合理的拧紧力矩。②为避免支架表面局部塑性变形，支架在冲压过程中必须进行整形处理，并且要求其平面度、平行度、同轴度等在一定公差范围内。③支架和轴套内管选择合适的材料，保证在极限工况下受力不超过材料的屈服强度的80%。④在总装车间设置二次打紧工序，由于第一次螺栓打紧相当于对支架进行整形处理，使其获得良好的表面精度，再打紧之后避免了局部塑性变形与变形抗力的作用，增加了轴套的有效载荷，防止力矩松弛。

5结语

汽车是由各种不同的零件经不同方式组装而成，汽车底盘主要以螺纹连接为主。螺纹连接件由于具有可靠性高、拆装方便、形式多样、运用灵活等优点而在汽车底盘上得到广泛应用。汽车作为一种高速运动的交通工具，和人们的生命、财产安全息息相关，如果不重视其螺纹连接件的正确使用和维护，出问题后果可能不堪设想。

参考文献：

[1]GB/T 16823.2-1997，螺纹紧固件紧固通则[S].

[2]姚敏茹.螺纹联接防松技术的研究应用与发展.新技术新工艺，2006（6）：26.

（作者单位：精诚工科汽车系统有限公司底盘研究院）