汽车底盘螺纹连接设计研究

摘要：汽车行业在我国发展越来越快，其中汽车底盘螺纹连接的设计越来越受到企业及设计人员的重视，本文就该部分内容进行了研究。

关键词：汽车;底盘;螺纹连接;设计

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。

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。目前國产螺栓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。

2螺纹连接件在汽车设计中的作用

2.1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，例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。这种情况下螺栓承受的是拉应力作用，只要它的抗拉强度足够大，且固定部位没有松动，这种固定就是可靠的。

2.2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。例如，汽车上用螺栓把前后两段传动轴、半轴突缘跟车轮轮毂、轮辋跟车轮轮毂连接起来等。这种情况下，螺栓除了承受拉应力的作用外，还要承受剪切应力的作用。

2.3连接作用

一些经常需要拆卸的零件之间往往采用螺纹连接件，以便拆装。如汽车发动机油底壳与曲轴箱的连接、空气滤清器跟化油器上体的连接、各种导线与电气零件的连接等。这种连接件一般承受的载荷不大，但是连接要求较高，必须牢固、可靠，才能保证被连接件的正常工作。

2.4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，且这种关系经常需要变化或调整，调整之后依靠螺栓或螺钉固定它们的相对位置。例如：汽油发动机分电器的断电器活动触点，在调整它与固定触点的间隙之后，用螺钉固定，以防松动而影响点火正时的准确性;某缸气门间隙调整完毕，用相应气门摇臂上的螺母锁紧，以防气门间隙发生变化，影响发动机的正常工作;汽油发动机CO调整装置和柴油发动机喷油时刻调整装置等，每次调整之后都要用螺钉将其定位;离合器分离杠杆调整螺栓的固定、制动踏板拉杆调整之后的固定等。

2.5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，但因为需要经常拆装，其尺寸一般较大，使之具有足够的强度。在螺塞与基体零件之间放置铜垫圈起密封作用。

3汽车底盘螺纹连接设计国内研究现状

2005年，华中科技大学的项俊利用实车试验收集的信号作为模型仿真的输入信号，对所建的整车模型进行了多种实车试验验证，有效地验证了模型的正确性、精确性。2006年，吉林大学的付宝珍在其硕士论文中介绍了用ADAMS/CAR TemplateBuilder对悬架建模的具体方法，同时也详细讲解了衬套、缓冲块等弹性元件的作用和使用方法。仿真结果表明在采用了包含衬套、缓冲块的整车模型仿真时，与传统的刚性模型相比，衬套的使用提高了仿真结果的准确性，而包含缓冲块的模型仿真结果更精确2008年，湖南大学的赵荣远利用ADAMS建立了某跑车整车多体动力学模型，参照国家标准在软件中进行了转向回正实验、角阶跃试验、蛇行实验、稳态回转实验等。并计算分析了悬架设计点对整车操纵稳定性的灵敏度，又在灵敏度分析的基础上，运用ADAMS/Insight结合响应面方法对影响操纵稳定性较大的悬架设计点进行优化。

近年来，随着计算机技术发展的日新月异，大大加速了汽车相关软件的开发和应用，汽车制造商们慢慢意识到汽车的研发、试验不能仅仅停留在物理样车上，这样一来，美国机械动力公司开发的ADAMS软件在分析汽车动力学性能上有了极大的使用价值，其自带有专业用于汽车动力学分析模块，使复杂的模型得到了较精确的表达和方便的求解，能够仿真分析汽车的驾驶平顺性以及操纵稳定性，汽车动力学在国内发展迅猛。在整车模型中，底盘的研宄控制是核心，底盘的控制又包括转向控制、悬架控制、驱动/制动控制，通过控制轮胎的运动来控制车辆运动，控制目标是为了使汽车具有良好的操纵性，乘坐舒适性和加速、制动性，由于实车物理样机的昂贵、费时，虚拟样机技术的应用既缩短设计研宄周期，又节省了成本和人力物资，这些先进的控制理念和实际的应用使国内学术精英们很好的掌握车辆动力学在汽车领域的应用，加速了国内汽车发展进程。

4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。

4.1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。

4.1.1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;

4.1.2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;

4.1.3三坐标检测：检测副车架开口尺寸、平面度、平行度，轴套两端尺寸;

4.1.4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;

4.1.5检测摆臂轴套贴平力矩：用塞尺（0.05mm）检测轴套端面與开口间隙，每拧紧10N？m检测一次，直到不能塞进为止，记录力矩;

4.1.6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。

4.2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。尖齿的形状和分布。

5结语

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。

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