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【摘 要】简要分析了螺纹连接松动的原因,指出在预紧力变形和受轴向、横向动静载荷作用下,螺纹连接会发生松动.并简要论述了底盘设计应用.
【关 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.螺纹连接原理及松动原因
1.1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（见表1）.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.
1.2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3个方面的原因：
1.2.1联接面变形
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.
1.2.2受轴向载荷作用产生松动
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.
1.2.3受横向载荷作用产生松动
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.
以上原因往往是在变载、冲击、振动等作用下同时出现,且交互作用.此外,工作温度等因素的变化,也会引起螺纹联接松动.[2]
2.螺纹连接件结构设计
下面以副车架与摆臂连接体的设计为例细说螺纹连接件的结构设计,此案例是汽车底盘的重要螺纹连接体,拧紧方法采用扭矩法.
2.1副车架设计
对于副车架与摆臂的连接,螺栓不受轴向载荷,只承受横向载荷.初始的螺纹联接松动往往与联接面加工精度有关,下面通过试验进行研究.
1.领取试验器材：后副车架两台、后下摆臂安装螺栓/螺母各四只、后下摆臂轴套四只、塞尺、力矩扳手、活扳手、点漆笔、游标卡尺；
2.用点漆笔画出后下摆臂轴套与副车架配合区域,该区域为检测区域；
3.三坐标检测：检测副车架开口尺寸、平面度、平行度,轴套两端尺寸；
4.检测摆臂轴套夹紧力矩：安装摆臂轴套,缓慢旋转轴套同时缓慢拧紧力矩扳手直到轴套不旋转为止,记录力矩；
5.检测摆臂轴套贴平力矩：用塞尺（0.05mm）检测轴套端面与开口间隙,每拧紧10Nm检测一次,直到不能塞进为止,记录力矩；
6.静置48小时后,检测螺栓拧松力矩,记录力矩.
具体检测结果如下：
从试验数据可以明确看出,副车架摆臂支架（与橡胶衬套内管配合处）的平行度和平面度与螺纹连接力矩有密切关系.平行度和平面的精度较低,有限的紧固力矩大多数被用来克服支架变形使衬套端面与支架贴平,剩余小部分的紧固力矩被转化为轴向力起到紧固作用,螺纹连接早期失效就可想而知啦.为保证产品质量,提供足够的轴向力,降低螺栓拧紧力矩的衰减风险,副车架设计时重点关注衬套内管配合面的平行度和平面度的精度,必要时可考虑设计成凸台结构.
2.2摆臂设计
摆臂橡胶衬套总成的结构是由内管、橡胶体2部分组成：内管是壁厚较大的钢管,内孔能够穿过螺栓,内管的两端面有尖齿.内管与橡胶体硫化到一起.衬套总成压装到摆臂套管上,衬套由于受到螺栓的轴向力,当下摆臂摆动时,内衬套不能随其摆动,橡胶体扭转弹性变形实现摆动.见图一.
为很好地实现设计功能,要求橡胶衬套总成能够有效紧固.将端面设计成齿形结构,紧固衬套总成时,内管端面的尖齿嵌入到副车架摆臂安装支架板内,能够有效的防止车轮跳动过程中,衬套内管相对副车架保持静止,使衬套总成实现、减震吸能的作用.尖齿的齿长呈辐射状分布,抵抗转动的能力最强,但加工工艺复杂一些；呈平行线状分布,抵抗转动的能力差些,但加工工艺简单.尖齿的形状和分布见图二.