史大浩 路新偉

摘要：汽車行業(yè)在我國發(fā)展越來越快，其中汽車底盤螺紋連接的設(shè)計(jì)越來越受到企業(yè)及設(shè)計(jì)人員的重視，本文就該部分內(nèi)容進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：汽車;底盤;螺紋連接;設(shè)計(jì)

螺紋連接件在汽車上幾乎無處不在、處處都有。尤其在汽車底盤上，作用更加突出，汽車底盤零件的連接方式由于不同零件結(jié)構(gòu)差異主要以螺紋連接為主。深刻了解和分析螺紋連接的方式作用，會(huì)使我們?cè)谄囋O(shè)計(jì)、制造、使用、維修等方面受益匪淺，避免犯錯(cuò)。

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產(chǎn)生預(yù)緊力（見表1）。目前國內(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。

2螺紋連接件在汽車設(shè)計(jì)中的作用

2.1固定作用

螺紋連接件可以將2個(gè)零件或部件緊密地組合成一個(gè)整體，例如把氣缸蓋固定在氣缸體上，把車廂固定在車架上和把曲軸軸承蓋固定在軸承座上等。這種情況下螺栓承受的是拉應(yīng)力作用，只要它的抗拉強(qiáng)度足夠大，且固定部位沒有松動(dòng)，這種固定就是可靠的。

2.2傳力作用

兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)著的零件，通過螺紋連接件連接起來后，一個(gè)零件的轉(zhuǎn)矩便通過螺紋連接件傳遞給另一個(gè)零件。例如，汽車上用螺栓把前后兩段傳動(dòng)軸、半軸突緣跟車輪輪轂、輪輞跟車輪輪轂連接起來等。這種情況下，螺栓除了承受拉應(yīng)力的作用外，還要承受剪切應(yīng)力的作用。

2.3連接作用

一些經(jīng)常需要拆卸的零件之間往往采用螺紋連接件，以便拆裝。如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼與曲軸箱的連接、空氣濾清器跟化油器上體的連接、各種導(dǎo)線與電氣零件的連接等。這種連接件一般承受的載荷不大，但是連接要求較高，必須牢固、可靠，才能保證被連接件的正常工作。

2.4定位作用

汽車上有些零件之間保持著比較嚴(yán)格的相對(duì)位置關(guān)系，且這種關(guān)系經(jīng)常需要變化或調(diào)整，調(diào)整之后依靠螺栓或螺釘固定它們的相對(duì)位置。例如：汽油發(fā)動(dòng)機(jī)分電器的斷電器活動(dòng)觸點(diǎn)，在調(diào)整它與固定觸點(diǎn)的間隙之后，用螺釘固定，以防松動(dòng)而影響點(diǎn)火正時(shí)的準(zhǔn)確性;某缸氣門間隙調(diào)整完畢，用相應(yīng)氣門搖臂上的螺母鎖緊，以防氣門間隙發(fā)生變化，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作;汽油發(fā)動(dòng)機(jī)CO調(diào)整裝置和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)噴油時(shí)刻調(diào)整裝置等，每次調(diào)整之后都要用螺釘將其定位;離合器分離杠桿調(diào)整螺栓的固定、制動(dòng)踏板拉桿調(diào)整之后的固定等。

2.5密封作用

汽車上許多經(jīng)常需要更換介質(zhì)的器皿類零件，如油底殼、變速器殼體、后橋殼、轉(zhuǎn)向機(jī)殼、燃油箱和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油泵殼等，其底部都有放油螺塞。它與相應(yīng)的殼體緊密結(jié)合，有的還被預(yù)先磁化而具有吸附微小金屬磨屑的功能。這種螺塞雖然不承受大的載荷，但因?yàn)樾枰?jīng)常拆裝，其尺寸一般較大，使之具有足夠的強(qiáng)度。在螺塞與基體零件之間放置銅墊圈起密封作用。

3汽車底盤螺紋連接設(shè)計(jì)國內(nèi)研究現(xiàn)狀

2005年，華中科技大學(xué)的項(xiàng)俊利用實(shí)車試驗(yàn)收集的信號(hào)作為模型仿真的輸入信號(hào)，對(duì)所建的整車模型進(jìn)行了多種實(shí)車試驗(yàn)驗(yàn)證，有效地驗(yàn)證了模型的正確性、精確性。2006年，吉林大學(xué)的付寶珍在其碩士論文中介紹了用ADAMS/CAR TemplateBuilder對(duì)懸架建模的具體方法，同時(shí)也詳細(xì)講解了襯套、緩沖塊等彈性元件的作用和使用方法。仿真結(jié)果表明在采用了包含襯套、緩沖塊的整車模型仿真時(shí)，與傳統(tǒng)的剛性模型相比，襯套的使用提高了仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性，而包含緩沖塊的模型仿真結(jié)果更精確2008年，湖南大學(xué)的趙榮遠(yuǎn)利用ADAMS建立了某跑車整車多體動(dòng)力學(xué)模型，參照國家標(biāo)準(zhǔn)在軟件中進(jìn)行了轉(zhuǎn)向回正實(shí)驗(yàn)、角階躍試驗(yàn)、蛇行實(shí)驗(yàn)、穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)等。并計(jì)算分析了懸架設(shè)計(jì)點(diǎn)對(duì)整車操縱穩(wěn)定性的靈敏度，又在靈敏度分析的基礎(chǔ)上，運(yùn)用ADAMS/Insight結(jié)合響應(yīng)面方法對(duì)影響操縱穩(wěn)定性較大的懸架設(shè)計(jì)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化。

近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的日新月異，大大加速了汽車相關(guān)軟件的開發(fā)和應(yīng)用，汽車制造商們慢慢意識(shí)到汽車的研發(fā)、試驗(yàn)不能僅僅停留在物理樣車上，這樣一來，美國機(jī)械動(dòng)力公司開發(fā)的ADAMS軟件在分析汽車動(dòng)力學(xué)性能上有了極大的使用價(jià)值，其自帶有專業(yè)用于汽車動(dòng)力學(xué)分析模塊，使復(fù)雜的模型得到了較精確的表達(dá)和方便的求解，能夠仿真分析汽車的駕駛平順性以及操縱穩(wěn)定性，汽車動(dòng)力學(xué)在國內(nèi)發(fā)展迅猛。在整車模型中，底盤的研宄控制是核心，底盤的控制又包括轉(zhuǎn)向控制、懸架控制、驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)控制，通過控制輪胎的運(yùn)動(dòng)來控制車輛運(yùn)動(dòng)，控制目標(biāo)是為了使汽車具有良好的操縱性，乘坐舒適性和加速、制動(dòng)性，由于實(shí)車物理樣機(jī)的昂貴、費(fèi)時(shí)，虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用既縮短設(shè)計(jì)研宄周期，又節(jié)省了成本和人力物資，這些先進(jìn)的控制理念和實(shí)際的應(yīng)用使國內(nèi)學(xué)術(shù)精英們很好的掌握車輛動(dòng)力學(xué)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，加速了國內(nèi)汽車發(fā)展進(jìn)程。

4螺紋連接件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

下面以副車架與擺臂連接體的設(shè)計(jì)為例細(xì)說螺紋連接件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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。

4.1副車架設(shè)計(jì)

對(duì)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(dòng)往往與聯(lián)接面加工精度有關(guān)，下面通過試驗(yàn)進(jìn)行研究。

4.1.1領(lǐng)取試驗(yàn)器材：后副車架兩臺(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;

4.1.2用點(diǎn)漆筆畫出后下擺臂軸套與副車架配合區(qū)域，該區(qū)域?yàn)闄z測(cè)區(qū)域;

4.1.3三坐標(biāo)檢測(cè)：檢測(cè)副車架開口尺寸、平面度、平行度，軸套兩端尺寸;

4.1.4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;

4.1.5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;

4.1.6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)。

4.2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)。

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架擺臂安裝支架板內(nèi)，能夠有效的防止車輪跳動(dòng)過程中，襯套內(nèi)管相對(duì)副車架保持靜止，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。

5結(jié)語

汽車是由各種不同的零件經(jīng)不同方式組裝而成，汽車底盤主要以螺紋連接為主。螺紋連接件由于具有可靠性高、拆裝方便、形式多樣、運(yùn)用靈活等優(yōu)點(diǎn)而在汽車底盤上得到廣泛應(yīng)用。汽車作為一種高速運(yùn)動(dòng)的交通工具，和人們的生命、財(cái)產(chǎn)安全息息相關(guān)，如果不重視其螺紋連接件的正確使用和維護(hù)，出問題后果可能不堪設(shè)想。

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