某卡車板簧懸架U型螺栓設計

王成立，洪學臣，楊鞏

某卡車板簧懸架U型螺栓設計

王成立，洪學臣，楊鞏

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

鋼板彈簧懸架是卡車最常用的懸架形式，其結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，具有良好的承載性能。板簧懸架通過鋼板彈簧連接車架（或車身）與車橋，鋼板彈簧與車橋通過U型螺栓連接。U型螺栓的強度，打緊力矩影響著鋼板彈簧的使用壽命和整車的安全性能。

卡車；鋼板彈簧；U型螺栓

CLC NO.: U463 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)16-69-03

前言

U型螺栓是將鋼板彈簧固定在車橋上的聯(lián)接部件，是懸架緊固件的一種。U型螺栓的作用是連接鋼板彈簧和車橋，是影響整車安全的重要零件。若螺栓發(fā)生斷裂，會造成行駛車輛車輪飛出，導致事故；即使U型螺栓力矩產(chǎn)生衰退，也會造成鋼板彈簧的早期斷裂，影響承載性能。

1 螺紋的主要參數(shù)

騎馬螺栓螺紋均為圓柱螺紋?，F(xiàn)在以圓柱普通螺紋的外螺紋為例說明螺紋的主要幾何參數(shù)。所示：

大徑d——螺紋的最大直徑，在標準中定為公稱直徑。

小徑d1——螺紋的最小直徑，在強度計算中常作為螺桿危險截面的計算直徑。

圖1

中徑d2——通過螺紋軸向截面內(nèi)牙型上的溝槽和凸起寬度相等處的假想圓柱面的直徑，近似等于螺紋的平均直徑。中徑是確定螺紋幾何參數(shù)和配合性質(zhì)的直徑。

線數(shù)n——螺紋的螺旋線數(shù)目。沿一根螺旋線形成的螺紋稱為單線螺旋；沿兩根以上的螺旋線形成的螺紋稱為多線螺紋。常用的聯(lián)接螺紋要求自鎖性，故多用單線螺紋。

螺距P——螺紋相鄰兩個牙型上對應點間的軸向距離。

導程S——螺紋上任一點沿統(tǒng)一條螺旋線轉(zhuǎn)一周所移動的軸向距離。單線螺紋 S = P，多線螺紋 S = nP。

牙型角α——螺紋軸向截面內(nèi)，螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角。

表1 常用騎馬螺栓選用材料與疲勞極限

2 螺紋聯(lián)接件設計方法

螺紋聯(lián)接件的設計主要是根據(jù)螺紋聯(lián)接件受力分析所確定的螺栓所受最大工作力，計算螺栓聯(lián)接所需螺紋直徑。具體設計流程如下：

圖2

3 計算例

以某卡車車型為例，設計后鋼板彈簧懸架U型螺栓，其結(jié)構(gòu)如圖所示。車架上，其結(jié)構(gòu)尺寸如表所示，設計此螺栓聯(lián)接并選擇螺栓。

圖3

圖4

表2 計算參數(shù)

鋼板彈簧通過兩個U型螺栓，共4處螺紋連接后橋，根據(jù)圖二受力簡圖和表格數(shù)據(jù)，考慮沖擊載荷，沖擊倍數(shù)n=2.5，計算U型螺栓出受力F：

計算螺紋直徑

選擇螺栓材料為40Cr，性能等級為8.8，查標材料手冊可得螺栓材料的抗拉強度為：

螺栓直徑的計算公式為：

確定許用應力：

對于不控制預緊力的緊螺栓聯(lián)接安全系數(shù)[s]=5～2.5，取[s]=4；根據(jù)螺栓性能等級和材料抗拉強度計算騎馬螺栓屈服極限：

根據(jù)d1≥12mm，查標準件手冊可得螺栓的規(guī)格為M16 (d1=13.835mm)。

螺栓擰緊力矩確定

根據(jù)機械設計手冊，為了滿足螺栓的預緊力要求，確定螺栓的擰緊力矩M，如下：

式中：

Dk——支撐面等價扭矩直徑，mm；

dw——螺栓法蘭外直徑，mm；

dh——安裝孔直徑，mm；

d2——螺栓中徑，mm；

P——螺距，mm；

u——螺栓摩擦系數(shù)，對于安全件螺栓取0.1～0.16；

S——許用安全系數(shù)，通常取1.2～1.5；

F0——系統(tǒng)需要的預緊力，N。

預緊力的大小需根據(jù)螺栓組受力的大小和連接的工作要求決定。設計時首先保證所需的預緊力，又不應使連接的結(jié)構(gòu)尺寸過大。一般規(guī)定擰緊后螺紋連接件預緊應力不得大于其材料的屈服點σs的80%。對于一般連接用鋼制螺栓，推薦的預緊力F0計算如下：

校核確定的擰緊力矩是否超出螺栓的動態(tài)屈服力矩確定螺栓的擰緊力矩是否超出了螺栓規(guī)格所能承受的動態(tài)屈服力矩，具體計算如下：

式中：

FY——屈服軸向力，N；

Dk——支撐面等價扭矩直徑，mm；

σs——螺栓屈服強度，Mpa；

A0——應力截面積，可通過GB/T3098.1標準查閱，mm；

d2——螺栓中徑，mm；

d0——危險截面直徑，mm；

umin——螺栓的最小摩擦系數(shù)，取0.1；

MY——螺栓的屈服扭矩，N·mm；

Dk——支撐面等價扭矩直徑，mm。

經(jīng)過計算螺栓確定的最大擰緊力矩M必須要滿足M≤MY，不然會引起螺栓的失效。

4 結(jié)語

U型螺栓是影響車輛安全的重要零件，對涉及安全的緊固件校核尤其要重視。螺紋聯(lián)接件在懸架以及整車上應用十分廣泛，種類繁多，不同螺紋聯(lián)接件尺寸規(guī)格，性能規(guī)格等均有國標可查，在進行設計時，需查閱相關(guān)手冊，選擇合適的聯(lián)接件。

參考資料

[1] 酒井智次.螺紋緊固件聯(lián)接工程[M].北京：機械工業(yè)出版社.2016.

[2] 濮良貴,紀名剛.機械設計(7版)[M].北京∶高等教育出版社,2003∶ 44.

[3] 余志生.汽車理論[M].北京∶機械工業(yè)出版社,2000.

[4] 陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].下冊.人民交通出版社.1996.

A truck leaf spring suspension U-bolt design

Wang Chengli, Hong Xuechen, Yang Gong
( The Center of Technology of Jianghuai Automobile Co. Ltd, Anhui Hefei 230601 )

Leaf spring suspension is the most common form of suspension truck, simple structure, low cost, and has a good bearing performance. The suspension through leaf spring connection frame and axle, leaf spring and axle through the U-bolt connection. The strength of the U-bolt and fastening torque affects the service life of leaf of leaf spring and the safety of the vehicle .

Truck; leaf spring; U-bolt

U463

A

1671-7988(2017)16-69-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.16.025

王成立，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司技術(shù)中心。