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汽车底盘拧紧力矩的设计方法及应用摘要：在我国快速发展过程中，汽车在我国逐渐增多，螺纹连接是目前汽车底盘中应用最为广泛的可拆式连接方式之一，为确保螺纹连接体的可靠，并使其能正常实现使用功能，必须保证螺纹连接达到初始的预紧力，而预紧力的大小则是直接由拧紧力矩或回转角度来决定。
目前汽车底盘中常用的力矩拧紧方法有扭矩法和转角法，转角法是将螺栓与螺母的相对回转角度作为指标进行初始预紧力的控制方法，多半是塑性区的紧固，因塑性区回转角度误差对预紧力的离散度影响较小，所以此方法能实现较高精度预紧力的紧固，但由于螺纹及螺栓杆部发生了塑性变形，所以紧固件的重复使用次数一般限定在3次以内，且装配中需要使用成本较高的转角力矩设备。
所以目前普遍应用的力矩拧紧方法还是扭矩法，故本文主要讨论按扭矩法正向设计拧紧力矩的方法及实际应用，同时此方法也适用于超弹性装配及塑性区的扭矩设计。
关键词：螺纹；拧紧力矩；力矩衰减1螺栓连接原理汽车底盘产品装配过程中，运用力矩控制法将螺栓拧紧至设计力矩，为螺栓提供一定的预紧轴力，实现夹紧功能。
螺栓的预紧轴力Q可分为两部分，一部分作用于轴套内管两端面，提供夹紧力N；一部分为支架变形抗力F，克服支架变形。
在车辆行驶过程中，由于轴套内管端面存在夹紧力N，使接触面产生摩擦力f及摩擦力矩Mf。
螺栓预紧力与轴套内管端面夹紧力和支架变形抗力的关系如下：Q=F+NQ为螺栓预紧力；F为支架变形抗力；N为轴套内管端面夹紧力。
轴套内管端面与支架接触面摩擦力及摩擦力矩如下所示：f=2μNMf=dmf/2dm=（d1+d2）/2μ为轴套内管端面与支架接触面摩擦系数；d1为轴套内管内径；dm为轴套内管内径、外径的平均值；d2为轴套内管外径。
若f 和Mf大于外载荷时，轴套内管相对支架静止，构件可以正常工作；若f和Mf小于外载荷时，轴套内管与支架存在相对运动。
如果把N和Mf称为有效载荷，在Q 不变的情况下，若F越小，则N越大。
汽车底盘螺纹连接设计研究【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。
150研究与探索Research and Exploration ·工艺流程与应用中国设备工程 2021.02 (下)1 汽车螺纹联接柔性装置系统研究应用的背景汽车的应用已经在我国比较普遍，越来越多的人把汽车作为出行的主要交通工具，因此，国家对于汽车需求量也呈现一定的上升趋势。
而汽车是一个非常精密切庞大的设备，所以，为了保证产量与质量，流水线生产成为汽车制造装配的主要方式。
汽车流水线生产的特性，物料会从仓库区域向生产线流动，然后，装配成整车，目前，配送的形式主要有大件批量配送、小件批量配送、SPS 配送等形式。
而螺纹联接柔性装置系统是实现复杂的螺纹联接装配工艺、提高装配效率和保证装配质量的主要方式，是装配过程中非常省时省力的一种方式，因而被广泛应用。
首先，大件批量配送指的是体积大的零部件码放在托盘上或者使用带轮工装，使用搬运工具将整托盘或者整个工装的物料搬运至生产线侧，生产线员工依据生产车型配置拿取对应的零部件，在使用完毕前，新的托盘或者工装被搬运到线侧，保证生产的连续性（如图1所示）。
图1 大件批量配送图其次，小件批量配送指的体积小的零部件，以箱为单元放在生产线侧的流利条货架上，生产线员工依据生产车型配置拿取对应的零部件，箱内零部件使用完毕后，员工将空箱放入返空通道，后面的箱滑到员工拿取位置，并及时将装有零部件的箱补充到流利条货架上面（如图2所示）。
最后，SPS 配送一般使用体积较小的零部件，将多种零部件按单台车的物料进行集合，用一个台车（如图3所示）进行配送，并跟随生产线体移动，为一辆车的装配提供配送。
图2 小件空箱自动退出 图3 SPS 线边随行台车汽车螺纹联接柔性装置系统的研究及应用马冀川（保定市长城蚂蚁物流有限公司，河北 保定 071000）摘要：汽车装配制造过程是非常繁杂的，其中任何一个环节出现问题，对最终汽车的影响都是不可忽略的。
而螺纹联接就是汽车装配制造过程中非常重要的关键技术和重要工艺，汽车螺纹联接装置系统的应用更是帮助汽车装配制造实现了高效率和高质量。
螺栓连接由预紧力保证螺纹自锁，具有结构简单、拆卸方便、连接可靠的优点，在汽车底盘产品中应用广泛。
螺栓连接一般采用控制力矩的方式间接实现预紧轴力的控制，因此，如何防止力矩松弛对于整车安全性具有非常重要的意义。
1螺栓连接原理汽车底盘产品装配过程中，运用力矩控制法将螺栓拧紧至设计力矩，为螺栓提供一定的预紧轴力，实现夹紧功能。
以图1为例，螺栓的预紧轴力Q 可分为两部分，一部分作用于轴套内管两端面，提供夹紧力N ；一部分为支架变形抗力F ，克服支架变形。
在车辆行驶过程中，由于轴套内管端面存在夹紧力N ，使接触面产生摩擦力f 及摩擦力矩Mf 。
图1螺栓连接示意图螺栓预紧力与轴套内管端面夹紧力和支架变形抗力的关系如下：Q=F+NQ 为螺栓预紧力；F 为支架变形抗力；N 为轴套内管端面夹紧力。
轴套内管端面与支架接触面摩擦力及摩擦力矩如下所示：f=2μN Mf=dmf/2dm=（d 1+d 2）/2μ为轴套内管端面与支架接触面摩擦系数；d 1为轴套内管内径；dm 为轴套内管内径、外径的平均值；d 2为轴套内管外径。
若f 和Mf 大于外载荷时，轴套内管相对支架静止，构件可以正常工作；若f 和Mf 小于外载荷时，轴套内管与支架存在相对运动。
如果把N 和Mf 称为有效载荷，在Q 不变的情况下，若F 越小，则N 越大。
2影响支架变形抗力的因素支架的刚度与支架变形抗力成正比例关系，支架的结构决定了其刚度的大小，因此，支架的结构与其变形抗力存在着密切的联系，笔者总结了影响支架变形抗力的因素，如下所示：①支架壁厚不同，壁厚越大支架变形抗力越大；②支架分单层板和双层板焊接两类，双层板焊接结构的支架变形抗力较大；③盒形支架开口的方位、面数和位置不同，决定了变形抗力的不同；④有无卸荷槽或卸荷槽的深浅对变形抗力具有不同的影响；⑤支架的平面度、冲压或焊接后开口的回弹量及轴套内管与支架间隙的大小都对变形抗力具有不同的影响；⑥支架的冲压圆角R 越大，变形抗力越大。
762019 No.1紧固件的扭矩拧紧法由于螺纹联接具有许多优点， 在各制造行业中得到了非常广泛的应用。
在汽车装配中，螺纹联接占汽车装配作业量的31%。
螺纹紧固件装配的质量将直接影响整车的装配质量和行驶的可靠性。
为此，在施加外载荷之前，需拧紧螺纹紧固件，以加紧被联接件。
拧紧螺纹紧固件为预紧，称该力为轴向预紧力。
保证螺栓的可靠服役，必须在装配时保证有适当的轴向夹紧力。
在零件装配过程中，即便采用同一种螺栓、螺母，采用相同的装配工艺装配，其预紧力仍然会不同。
目前螺纹件拧紧装配最常用和最经济的拧紧方法仍是扭矩拧紧法，装配工艺上最经济可行的方法是通过控制扭矩来间接实现对轴向夹紧力的控制。
扭矩是产生旋转运动的一个力。
扭矩作用于螺纹紧固件上使其产生旋转，旋转能通过螺纹使接头零件受夹持力作用，这个初始的夹持力就是需要的预紧力。
由于紧固件装配主要在材料的弹性应变阶段，在紧固件装配受力模型中可以把紧固件和被连接零件作为弹性体来考虑。
紧固件拧紧前，所有的“弹性体”处于自由状态，拧紧后，螺栓的拉伸使弹簧拉长，被连接件由于受到压力作用而压缩，从而使整个连接系统通过扭矩拧紧达到需要的最少预紧力。
紧固件连接的分类紧固件连接的分类原则根据汽车的安全性、法规性和功能的重要性的影响程度，汽车紧固件连接失效时可能发生的危险定义为3个风险等级。
风险文/李大维（上海汽车集团股份有限公司乘用车公司）汽车螺纹紧固件装配工艺研究螺纹紧固件联接技术是确保机械系统可靠性的最重要技术之一，正确的螺纹联接设计是确保可靠联接的基础。
本文介绍了汽车螺纹紧固件装配设计需要考虑的因素，选择合适的装配技术，可以得到稳定、可靠的轴向预紧力，正确的螺纹紧固件的设计，可保证可靠使用螺纹紧固件。
等级不同对紧固件的装配和文件记录以及安装工具的要求也不相同。
具体风险等级分级如下：A.高风险等级：紧固件发生故障失效时，产生直接或间接的身体和生命危险或运行危险；B.中风险等级：紧固件发生故障失效时，导致车辆发生功能性故障；C.低风险等级：紧固件发生故障失效时，导致驾乘人员感觉不适。
汽车底盘螺纹连接设计研究【摘要】简要分析了螺纹连接在汽车结构中的作用和松动的原因，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。
[Abstract] a brief analysis of the causes of the threaded connection looseness, points out that in the pre tightening force deformation and axial, transverse static dynamic loading, thread connection looseness. And briefly discussed the chassis design application.【关键词】汽车；底盘；螺纹连接；设计汽车是由各种不同的零件经不同方式组装而成，汽车底盘主要以螺纹连接为主。
螺纹连接件由于具有可靠性高、拆装方便、形式多样、运用灵活等优点而在汽车底盘上得到广泛应用。
汽车作为一种高速运动的交通工具,和人们的生命、财产安全息息相关,如果不重视其螺纹连接件的正确使用和维护,出问题后果可能不堪设想。
笔者根据多年的汽车底盘经验，对汽车底盘螺纹连接进行了研究分析。
一、螺纹连接件在汽车结构中的作用1. 固定作用：螺纹连接件可以将2个零件或部件紧密地组合成一个整体,比如把气缸盖固定在气缸体上,把车厢固定在车架上和把曲轴轴承盖固定在轴承座上等。
这种情况下螺栓是承受拉应力作用的,只要它的抗拉强度足够大,而固定部位又没有松动,这种固定就是可靠的。
对这样的连接件一般要求有足够的拧紧力矩,拧紧时要用扭力扳手按一定的顺序、分几次依规定的拧紧力矩拧紧。
2. 传力作用：两个转动着的零件,通过螺纹连接件连接起来后,一个零件的转矩便通过螺纹连接件传递给另一个零件。
3. 连接作用：一些经常需要拆卸的零件之间的安装,往往采用螺纹连接件,以便可以随时将零件从固定它的基础件上拆下来。
4. 定位作用：汽车上有些零件之间,保持着比较严格的相对位置关系,而这种关系又是经常需要变化或调整的,调整之后就要靠螺栓或螺钉固定住它们的相对位置。
5. 密封作用：汽车上许多经常需要更换介质的器皿类零件,如油底壳、变速器壳体、后桥壳、转向机壳、燃油箱和柴油发动机的喷油泵壳等,其底部都有一只放油螺塞。
它与相应的壳体紧密结合,有的还被预先磁化而具有吸附微小金属磨屑的功能。
这种螺塞虽然不承受大的载荷,但是,因为每次更换润滑介质时都要被拆装,所以其尺寸一般都比较大,使之具有足够的强度,经得起比较频繁的拆装。
在它与基体零件之间,要放置1只密封性非常好的铜垫圈,使拧紧以后的螺塞,切实起到密封作用。
6. 调整作用：上面已经说过的汽油发动机分电器的断电器活动触点调整螺钉,用于调整触点间隙;汽车发动机润滑系和底盘制动系中使用的许多止回阀,多可以通过将螺钉旋进旋出来调节弹簧的预紧力;离合器拉杆、驻车制动器拉杆、离合器分离杠杆和气门摇臂上的调整螺钉等,都是利用螺纹连接件发挥调整作用的。
此外,像喇叭音量的调整、汽车前照灯光轴方向的调整等,无一例外地都是用螺纹连接件作为调整载体,既方便又实用。
因此,螺纹连接件在汽车上经常需要频繁调整压力或间隙的部位得到了广泛的采用。
7. 堵塞作用：对于汽车的某些零件,为了简化工艺、方便加工、节省费用,常常采用附加工艺孔的办法进行批量或大量生产。
比如,与发动机润滑系主油道相连的分油道通孔和变速器盖上用于装配互锁机构的孔等,在加工或安装结束之后都需要用螺塞(俗称为“闷头”)堵起来,以防止其跟外界相通。
这种处理方式,不失为经济方便的方法。
二、螺纹连接原理及松动原因1.螺纹连接原理螺栓的紧固扭矩与预紧力的关系：Tf=KFfdTf——为紧固扭矩，Ff——为预紧力，d——为螺纹公称直径，K——为扭矩系数。
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。
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。
不同摩擦系数的影响摩擦系数0.08 0.14轴力20% 12%螺纹摩擦力35% 39%端面摩擦力45% 49%表一2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：2.1连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。
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。
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]三、螺纹连接件防松设计1. 螺母金属防松在螺母顶部或侧面，采用加力重压改变螺矩和螺纹圆度，实现和外螺纹的紧密配合。
尼龙防松在螺母的螺纹顶部，内嵌一个尼龙圈，一般小于内螺纹大径，螺栓通过时攻出螺纹，实现防松。
锥形垫圈在螺母下方增加一个锥型垫片，可自由活动。
拧紧后锥型垫圈压平，产生弹性变形，对螺栓和支撑面产生反作用力，起到防松作用，正确的安装方向应该是将垫片的凹面朝向连接件,凸面朝向螺母。
这样螺母拧紧后,由于垫片受力变形,支承表面受到反作用力而锁止。
端面锯齿防松螺母在螺母支撑面做出螺旋状齿形，拧紧后，螺旋齿陷入被紧固件表面，实现防松。
2. 螺栓弹簧垫圈和平垫圈组合使用，拧紧后，弹簧垫圈受压后反作用于螺栓，有一定的防松效果。
锥形垫圈垫圈受压后发生弹性变形，反作用于螺栓头部及支撑面，有一定的防松效果，正确的安装方向应该是将垫片的凹面朝向连接件,凸面朝向螺栓头部。
这样螺栓头部拧紧后,由于垫片受力变形,支承表面受到反作用力而锁止。
化学胶在压力作用下，微小胶囊破裂，充满螺纹间隙，24小时固化，起到防松作用；尼龙涂层在螺纹局部涂上尼龙层，拧紧后，利用尼龙和螺纹的摩擦作用产生阻力矩，实现防松3. 螺纹连接件结构设计举例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，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。
2.1.1.领取试验器材：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；2.1.2.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；2.1.3.三坐标检测：检测副车架开口尺寸、平面度、平行度，轴套两端尺寸；2.1.4.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；2.1.5.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10N・m检测一次，直到不能塞进为止，记录力矩；2.1.6.静置48小时后，检测螺栓拧松力矩，记录力矩。
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。
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。
结束语:综上所述,螺纹连接件在汽车上几乎无处不在、处处都有。
尤其在汽车底盘上，作用更加突出，汽车底盘零件的连接方式由于不同零件结构差异主要以螺纹连接为主。
深刻了解和分析螺纹连接的方式作用,会使我们在汽车设计、制造、使用、维修等方面受益匪浅，避免犯错。
参考文献[1]GB/T 16823.2-1997，螺纹紧固件紧固通则[S].[2]姚敏茹.螺纹联接防松技术的研究应用与发展.新技术新工艺，2006（6）：26.。
