汽車底盤高強(qiáng)度螺栓的擰緊與防松研究

馮興雙

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車已經(jīng)成為非常普及的交通工具。本文就汽車底盤高強(qiáng)度螺栓的裝配開展深入的研究和分析工作，分析了影響汽車底盤高強(qiáng)度螺栓防松性能的主要因素，并提出了具體的螺栓防松策略，以期能保障車輛的安全行駛。

關(guān)鍵詞：汽車底盤；高強(qiáng)度螺栓；防松

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.183

0 引言

汽車底盤是汽車的重要組成部分，起到了支撐汽車、形成汽車整體造型和接受發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力等關(guān)鍵作用。目前，汽車底盤的生產(chǎn)裝配用到了大量高強(qiáng)度螺栓，這些螺栓的連接質(zhì)量直接關(guān)系到汽車的行駛安全。如果高強(qiáng)度螺栓出現(xiàn)松動(dòng)的情況，車輛就很可能出現(xiàn)損壞、翻車等事故，甚至危及到乘客和駕駛員的人身生命安全。

1 影響汽車底盤高強(qiáng)度螺栓防松性能的因素

1.1 螺栓頭部結(jié)構(gòu)

汽車底盤螺紋緊固件的類型比較多，按照螺栓的防松形式可分普通六角頭螺栓、六角法蘭螺栓、六角頭螺栓和平墊圈組合件、六角頭螺栓和彈簧墊圈組合件、六角頭螺栓和平墊圈彈簧墊圈組合件5種。由于頭部結(jié)構(gòu)不同，各種螺栓頭部與連接件接觸的外徑也有著較大區(qū)別。在普通螺紋的連接上，一般來說，螺紋頭部的外徑越大，其接觸面的面積越大，螺栓的摩擦力矩也就相應(yīng)得越大。

1.2 彈簧墊圈

通過對帶彈簧墊圈的螺栓進(jìn)行力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，彈簧墊圈在螺紋連接中容易出現(xiàn)局部接觸較小、支承面較小的情況，以及開口端容易壓饋的問題，最終造成螺栓的軸向力下降，彈簧墊圈的防松性能下降。同時(shí)，彈簧墊圈具備彈性作用，可在一定程度上補(bǔ)償因連接件變形而減小的軸向力，可見彈簧墊圈對于汽車底盤高強(qiáng)度螺栓能夠起到一定的防松作用。

1.3 支承面接觸狀態(tài)

在實(shí)際的裝配過程中發(fā)現(xiàn)，螺栓與被連接件表面貼合得不均勻，會(huì)對螺栓的連接強(qiáng)度構(gòu)成一定影響，導(dǎo)致螺栓荷載分布出現(xiàn)問題。螺栓與連接件的接觸面較小，將會(huì)導(dǎo)致局部應(yīng)力集中，使材料表面出現(xiàn)壓饋，最終影響螺栓的預(yù)緊力大小。影響支撐面接觸狀態(tài)和摩擦系數(shù)的原因很多，首先是被連接件的表面處理方式，如表面鍍層厚度、鈍化層處理、強(qiáng)度等級等，會(huì)直接影響到支承面粗糙度及摩擦系數(shù)，導(dǎo)致螺栓防松性能受到一定程度的影響。其次是螺栓頭部結(jié)構(gòu)，如前文所述，頭部結(jié)構(gòu)決定了支承面的接觸面積，以及軸向力補(bǔ)償作用的大小，對防松性能有很大影響。在預(yù)緊力比較大的情況下，防松性能由高到低的順序依次為：六角法蘭螺栓；六角頭和平墊圈組合件；六角頭、平墊和彈簧墊圈組合件；六角頭和彈簧墊圈組合件；普通六角頭螺栓。

2 汽車底盤高強(qiáng)度螺栓防松策略

2.1 擰緊扭矩

在汽車生產(chǎn)裝配過程中，為了提高螺栓聯(lián)接的可靠性，應(yīng)讓螺栓聯(lián)接副保持一定的軸向夾緊力，即預(yù)緊力。受各方面因素影響，直接控制預(yù)緊力存在一定難度，最經(jīng)濟(jì)可行的方案就是控制扭矩，以間接實(shí)現(xiàn)對軸向預(yù)緊力的調(diào)控。螺栓擰緊實(shí)際上是一個(gè)克服各種摩擦的過程，在擰緊扭矩中，大約90%的緊固扭矩被用于克服螺紋及支承端面的摩擦扭矩，導(dǎo)致真正的夾緊力只有10%左右，若通過潤滑方式減少摩擦損耗，則夾緊力增大，但過大的軸向力有可能造成螺栓產(chǎn)生屈服變形或被拉斷，因此，必須將摩擦系數(shù)控制在一個(gè)合理、穩(wěn)定的范圍，從而使預(yù)緊力也維持在一個(gè)比較合理的范圍之內(nèi)。此外，螺紋副含有雜質(zhì)會(huì)導(dǎo)致螺栓聯(lián)接在承受高強(qiáng)度瞬時(shí)沖擊時(shí)產(chǎn)生微小位移，而瞬間造成擰緊扭矩減少或消失，進(jìn)而逐漸造成螺栓松動(dòng)，因此防止螺紋副混入雜質(zhì)也是控制擰緊扭矩的一個(gè)重要方面。

2.2 預(yù)防彈力松弛

彈力松弛是汽車底盤高強(qiáng)度螺栓出現(xiàn)松動(dòng)的主要原因。因此，為防止由于彈力松弛而產(chǎn)生的松動(dòng)，必須在高強(qiáng)度螺栓所聯(lián)接的機(jī)械設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間之后進(jìn)行補(bǔ)償擰緊，消除彈力松弛造成的松動(dòng)。比如，對平衡軸U型螺栓擰緊扭矩進(jìn)行定期復(fù)緊，充分避免高強(qiáng)度螺栓松動(dòng)對汽車性能造成的影響。

2.3 控制橫向載荷

為控制高強(qiáng)度螺栓的橫向載荷，可以通過增加防松附件的方式增大螺栓與螺母之間的摩擦力，阻止螺栓或者螺母的轉(zhuǎn)動(dòng)。目前，汽車底盤高強(qiáng)度螺栓比較常見的增加附件有鎖片、開口銷、雙螺母、竄鋼絲以及螺紋膠（微膠囊型粘接劑）等，根據(jù)汽車底盤的實(shí)際情況，可適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行選用，從而顯著減少振動(dòng)等造成的螺栓松動(dòng)問題。

2.4 完善表面處理

螺栓接受不同的表面處理，其夾緊力存在很大區(qū)別。其中，摩擦系數(shù)越小，防松性能越差。對比鍍鋅D級鈍化層的高強(qiáng)度螺栓與摩擦系數(shù)為0.13的達(dá)克羅螺栓，在2分鐘后前者的軸向力出現(xiàn)約0.05%的降幅，同時(shí)夾緊力進(jìn)入相對穩(wěn)定的狀態(tài)；而在2分鐘后后者的軸向力降幅高達(dá)1.25%，且夾緊力仍在持續(xù)衰減之中?？梢?，摩擦系數(shù)對防松性能有重要影響。因此，對于同一型號的螺栓，應(yīng)結(jié)合其實(shí)際的防松需求，選擇恰當(dāng)?shù)谋砻嫣幚硎侄?，同時(shí)盡可能減少摩擦系數(shù)的散差，以防因摩擦系數(shù)波動(dòng)而降低防松性能穩(wěn)定性。

2.5 工程防松措施

除上述預(yù)防和處理措施之外，還可以采取工程防松措施，以提升高強(qiáng)度螺栓防松效果，降低汽車底盤各固件運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的振動(dòng)對高強(qiáng)度螺栓的影響。比如，可以采用長螺栓與厚墊圈或者套筒的組合方式，避免高強(qiáng)度螺栓松動(dòng)。其次，可以選用螺栓頭部端面帶齒的螺栓，使螺栓上的徑向棘爪嵌入連接件的材料內(nèi)，從而防止螺栓的自行松動(dòng)。也可以選用凹凸成對的新型墊圈，與彈簧墊圈配合使用，這樣也能夠有效地降低振動(dòng)影響，緩解高強(qiáng)度螺栓的松動(dòng)問題。

3 結(jié)語

綜上所述，汽車底盤高強(qiáng)度螺栓防松性能的影響因素眾多，對此，應(yīng)采取以下策略：合適的擰緊扭矩、預(yù)防彈力松弛、控制橫向載荷、完善表面處理、采用工程防松措施，從而改善螺栓防松性能，確保汽車行車安全。

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