汽车底盘拧紧力矩的设计方法及应用

摘要：在中国快速发展的过程中，中国汽车逐渐增加，螺纹连接是使用最广泛的可拆卸的连接方法之一，目前在汽车底盘，为了保证螺纹连接的可靠性，使其能够正常实现的功能使用，必须保证螺纹连接到达最初的预加载，和预加载的大小直接决定了拧紧力矩或转角。目前，汽车底盘常用的扭矩紧固方法有扭矩法和角度法。角度法是以螺栓和螺母的相对旋转角度为指标来控制初始预紧力的方法。但是，由于螺纹和螺栓杆的塑性变形，紧固件的重复使用次数一般限制在3次以内，装配时需要使用成本较高的角转矩设备。因此，扭矩拧紧法目前仍被广泛使用，因此本文主要根据扭矩法及其实际应用，讨论了正演设计拧紧扭矩的方法。同时，该方法也适用于超弹性装配和塑性区扭矩设计。

关键词：螺纹；拧紧力矩；力矩衰减

引言

由于其装配简单、拆卸方便、标准化程度高，螺纹连接已成为机械装配过程中最基本、应用最广泛的连接技术，而螺纹紧固件也成为汽车装配制造过程中使用的零部件之一，每辆汽车的装配过程中约使用1500个螺纹紧固件。因此，螺纹连接的质量对车辆的安全可靠性有着重大的影响。对于螺纹连接系统来说，除了螺纹紧固件的几何参数、机械强度和拧紧力矩外，摩擦系数是螺纹连接系统中的另一个重要参数，对螺纹连接质量和拧紧过程有很大的影响。根据螺纹连接的力学原理，分析了摩擦系数对螺纹连接系统的影响以及螺纹拧紧过程中摩擦系数异常的监测方法。

1螺纹连接的机械原理

螺纹连接的原理是胡克定律，即螺纹紧固件在拧紧过程中，螺纹连接系统在拧紧力矩的作用下发生变形。在螺栓拧紧过程中，螺栓在拉力的作用下拉伸变形，连接部分在螺纹紧固件的作用下相互挤压。两者的力大小相等，方向相反。此时，螺栓对被连接部件施加的力称为螺栓的轴向预紧力。连接件在螺栓轴向预紧力的作用下被夹紧，从而实现连接件的固定。

2预紧力控制方法

现阶段控制预紧力的方法有多种，其中常用的方法是扭矩法，即在螺母或者螺栓的端部施加紧固扭矩，当摩擦系数增加，摩擦力增加，从而使预紧力增加。因此可以采取增加摩擦力的方法来增加预紧力，具体方法包括如下3种。

2.1两螺母对顶拧紧

通过将两个螺母对顶拧紧之后，能够使两个拧紧的螺母同时受到摩擦力与压力的作用，并且这种受力状态能够一直维持，从而能够改善螺栓松动情况，减小螺栓松动概率。在具体操作过程中，先将内侧的螺母使用4/5的安装扭矩进行拧紧，之后使用全部的安装扭矩将外侧螺母拧紧，通过采取这种方式能够使两个螺母的贴合程度非常高，并且拥有足够的摩擦系数，从而使摩擦力足够大，能够使螺纹紧固件的预紧力达到要求，确保螺栓不会轻易松动，保证连接构件工作的可靠性。

2.2非金属嵌件锁紧螺母

非金属嵌件锁紧螺母在金属螺母的端部嵌有一个尼龙垫圈，其中尼龙垫圈的内径需要大致等于金属螺母螺纹的小径。螺母在旋入螺栓的过程中，尼龙垫圈没有螺纹，但由于挤压会被挤出螺纹，同时由于尼龙垫圈具有较好的弹性，因此在螺栓旋紧时能够与螺栓间形成较为稳定的摩擦力，从而保证预紧力达标，使螺栓连接足够紧固。

2.3全金属锁紧螺母

全金属锁紧螺母主要是在金属螺母本体的端部上进行开槽处理，然后再进行收口或者非圆收口处理，经过处理之后的螺母螺纹在局部区域会出现变形的情况，从而使螺纹之间的摩擦力增加，增大预紧力，确保连接质量

3拧紧力矩

在装配时，需要对螺栓施加一定的预紧力。预紧力可以提高螺栓连接的可靠性、防松能力和螺栓的疲劳强度，增强连接的紧密性和刚性，防止受载后连接件之间出现缝隙或滑移"。。如果预紧力太小，作用在螺栓上的载荷会很快使螺栓松动。适当选用较大的预紧力，对螺栓连接的可靠性及连接件的疲劳强度都是有利的。如果预紧力过大，则会使整个连接件的结构尺寸增大，可能导致螺栓在预紧过程中因为偶然过载而被拉断M。。螺栓连接中产生的松动、断裂、连接零部件压陷、破坏等绝大多数问题，都是由于预紧力施加不正确而导致的。拧紧力矩为达到初始预紧力拧紧螺栓或螺母所需要的力矩一o。在螺栓拧紧过程中，通常采用力矩扳手对螺栓的拧紧力矩进行控制，实现螺栓与连接件之间的可靠连接-sJ。螺栓的连接可靠性完全依赖于合适的预紧力，通过控制拧紧力矩间接获得预紧力进而锁紧的方式，是目前常用的操作方法。螺栓拧紧力矩控制也是装配生产中的重要工艺，每个企业均有自己的螺纹紧固件拧紧力矩规范。对于拧紧力矩的大小，通过相应的计算得到理论参考值，然后根据企业产品及装配件的特点，并结合相关工程实践经验进行修订完善而确定

4扳手的选用

螺纹紧固件的拧紧、拆卸等工作往往需要使用相应规格的专用工具，如扳手。扳手因为使用方便，成为车间装配生产中最常见的工具之一，也是使用频率最高的螺纹拧紧工具。在装配过程中，不同的螺栓需要选用不同规格的扳手。快速选择正确的扳手，对提高车间工作人员装配熟练程度及提升工作效率有重要作用。通常，经验丰富的车间工作人员凭借工作经验，可迅速确定扳手的规格，而对于新人职的人而言，很难快速找到合适的扳手。由于螺栓规格众多，对应的扳手种类也很多，如果采用死记硬背的方式，不仅效率低，而且容易出错。因此，采用计算的方法可帮助车间工作人员快速选择正确的扳手。六角法兰面螺栓在实际生产中也有广泛应用。目前，六角法兰面螺栓和螺母均有小系列和加大系列之分。两种系列所对应的螺栓头和螺母宽度参数存在差异。加大系列的六角法兰面螺栓和螺母宽度参数与普通六角螺栓头和螺母一致。小系列六角法兰面螺栓和螺母需按以下方式确定：将普通六角螺栓头和螺母计算方法中的螺栓或螺母公称直径改为比所用螺栓公称直径小一个规格的公称直径。

目前，许多计算扭矩的方法往往是基于经验系数计算的，与实际情况的吻合会有一定的误差。本文探讨了利用实际摩擦系数和紧固位置实际结合力计算螺栓紧固力矩的理论方法，具有一定的参考意义。同时，对于由于仿真经验或试验条件的限制而无法准确获得紧固位置联合力的情况，可以通过发挥紧固螺栓的最大效率来验证紧固力矩的合理性。作为汽车底盘的重要部件，其结构连接的可靠性非常重要。本文对汽车螺丝紧固件的紧固质量进行了分析研究，确定了紧固力矩计算过程中的相关参数。同时结合实际测试表明，可以明显提高螺栓的紧固质量，对产品的批量生产有很大的帮助。

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