轿车 底盘紧固件扭矩设定方法解析 Torque Setting Method Of Chassis Fastener Analysis

轿车 底盘紧固件扭矩设定方法解析 Torque Setting Method Of Chassis Fastener Analysis

卓书亮

一汽海马汽车有限公司 项目 部 海口 570216

【摘要】：本文主要通过运动学仿真分析得到底盘紧固件的极限载荷，再根据极限载荷计算螺栓的强度等级和规格，最终确定紧固件预紧力的大小和拧紧力矩。

【关键词】：载荷，紧固件，预紧力，拧紧力矩

1 前言

扭矩衰减、螺栓断裂和螺纹滑牙等现象是目前轿车底盘紧固件常见失效模式，而扭矩设定不合理是重要原因之一，下面介绍底盘悬架系统紧固件扭矩正向设定方法。

2 动力学仿真分析

根据IDEA对底盘零部件强度分析时所选择的极限工况，计算轮胎接地点的作用力，以此作为ADAMS动力学模型分析的输入载荷，最终可得底盘悬架系统紧固件受力载荷。

2.1 轮胎接地点受力计算方法

2.1.1 汽车以2.5g的垂直加速度上下跳动

图1汽车受力图

根据图1的受力图对前、后轮接地点取力矩得：

；

2.1.2 满载时汽车以0.65g减速度制动

根据图1的受力图对前、后轮接地点取力矩得：

2.1.3 满载时汽车以0.7g加速度加速

根据图1的受力图对前、后轮接地点取力矩得：

2.1.4满载转向工况（最大侧向加速度为0.7g)

图2 转向时汽车的离心力分配

根据图2的受力图将离心力沿质心取力矩后得：

注：以上计算忽略滚动阻力、空气阻力以及旋转质量产生的惯性力偶矩。

式中 为垂向加速度、m为满载质量、a、b分别为质心至前后轴的距离、L为轮距、 为质心高度、 为制动减速度、 为加速度、 为前轮转角、 为侧向加速度。

2.2 ADAMS模型仿真分析

以前悬架系统动力学模型进行仿真分析，分别得到各连接螺栓所受到的最大载荷。

图3 模型加载方式

根据前悬架参数，结合轮胎接地点受力计算方法（同2.1），计算得到各种极限工况的仿真输入载荷，如表1所示。

表1 前悬架仿真输入载荷

根据以上所求得的汽车在各种工况下，各硬点所受的X、Y、Z 三个方向力的大小，比较得出螺栓所受载荷最大的工况，即前悬架各连接点在各极限工况下的受力及其载荷最大值。

3 螺栓强度计算方法

下面以摆臂前衬套连接螺栓受力为例来介绍螺栓强度计算方法。

如螺栓的载荷：横向载荷=11447.3N、轴向载荷=5928.3N；

根据螺栓受到复合载荷（轴向载荷P和横向载荷R）的强度校核计算公式：

螺栓的总轴向力：

选取性能等级为10.9级的螺栓，因此屈服强度 =900MPa。根据查机械设计手册选取，安全系数n取1.5，预紧系数 取4.0，相对刚度系数 取0.3，将以上已知条件代入后得：

根据 求得d≥10.2mm，根据该小径的大小，查机械设计手册可知至少应选择公称直径为M12的螺栓。

4 拧紧力矩计算方法

下面以10.9级的M12×1.25的螺栓进行拧紧力矩计算。

根据预紧力计算公式：

式中 —螺栓材料的屈服极限，MPa；

—螺栓公称应力截面积， ；

为了增强螺纹连接的刚性、紧密性、放松能力以及防止受横向载荷螺栓连接的滑动，多数螺纹连接在装配时都要预紧。其拧紧扳手力矩T是用于克服螺纹副的螺纹阻力矩 及螺母与被连接件（或垫片）支撑面间的端面摩擦阻力矩 。可得：

（K—拧紧力矩系数，计算时取0.181）

已知10.9级螺栓的屈服极限 =900MPa，

=92.03 ，则预紧力 的限值为：

=41413.5N～57978.9N

所以，M12×1.25螺栓的拧紧力矩为：

T= =0.2

=0.181×41413.5×12～0.181×57978.9×12

=89950N.mm～125930N.mm=90N.m～125.9N.m。

5 结论

1）提供一种底盘紧固件扭矩正向设定方法，即通过动力学分析计算出紧固件所受到的最大载荷，再根据该最大载荷来确定紧固件的规格和强度等级，最后确定拧紧力矩的大小。

2）计算时应考虑紧固件表面摩擦系数的影响。

参考文献

[1] 吴宗泽．机械设计手册．北京：机械工业出版社，2001．

[2] GB/T 16823-2螺纹紧固件紧固通则．