因螺栓装配召回案例及设计方法探讨

我们经常会看见一些知名品牌汽车因螺栓失效、拧紧装配问题的召回事件，比如近期的西安66W奔驰、深圳GLC、一汽大众A4L、前两天的BMWX系，今天我们再来介绍一下其他品牌车型的召回案例及如何在设计上避免。

一、部分螺栓装配召回案例

1、奔驰smart

车型：自2015年5月8日起，召回部分进口2014-2015年款精灵（smart fortwo 451平台）汽车，生产日期为2014年1月27日至2014年9月16日。在中国大陆地区共涉及8456辆。

故障原因：部分车辆前横梁上的转向机固定螺栓在长期使用过程中，在某些情况下存在发生断裂的可能性，进而影响车辆的操控性，存在安全隐患。

2、标致408

车型：自2015年5月4日起，召回2014年2月22日至2014年11月20日生产的部分东风标致408轿车，共计19481辆。

故障原因：车辆部分三角臂前托架紧固螺栓质量不合格，极端情况下三角臂前托架紧固螺栓可能断裂，导致前悬挂出现异响，车辆行驶过程中可能会发生不稳、抖动、跑偏等情况，影响操控性能，存在安全隐患。

3、瑞虎3xe

车型：奇瑞汽车宣布召回2017年12月28日至2018年10月26日生产的瑞虎3xe纯电动汽车，共计8580辆。

故障原因： 本次召回范围内的车辆，在使用过程中差速器后悬置支架与副车架的连接螺栓可能出现松动，加速时底盘出现异响，极端工况下松动的连接螺栓可能脱落，导致后悬置连同差速器整体位置下沉，连接在差速器两端的半轴发生窜动，造成半轴传动失效和车辆驶中动力中断，存在安全隐患。失效和车辆驶中动力中断，存在安全隐患。

二、紧固件设计方法探讨

在紧固件设计选用过程中，需要选择正确的螺栓，避免力矩衰减或者是强度不足。

1、螺栓选取的方法：

1.1载荷输入

在设计初期，需要CAE部门分解各安装点的载荷，输入Fx、Fy、Fz的力值 ，该值可根据对标车和公司的数据库（后期CAE也会对安装点处进行分析，验证强度刚度及耐久）。

1.2允许最小轴力计算

关于最大轴力的计算，共收集到2种方法，现分别介绍一下，各位在计算的时候可以按照计算得出的较大值进行下一步工作。

方法一：

(1)提取安装点处的最大切向力进行计算连接处的摩擦力F。

F= FQMAX*S

其中:FQMAX –安装点处的最大切向力

S–安全系数，底盘连接处一般选取1.5-2。

(2)计算轴向夹紧力FKQ:

其中：F–连接处摩擦力

Kf –可靠性系数，取1.1～1.3

m–结合面数

f–接合面间的摩擦因数，参考值如下表所示：

方法二：提取安装点处的最大切向力FQMAX以及安装点处的最大扭矩MYMAX，按照下述公式计算最小轴力：

1.3螺栓选取：

在实际拧紧的过程中，考虑实际拧紧力矩与设计扭矩的差距以及轴力散差，对步骤二计算得出的最小轴力再乘以安全系数后作为最终轴力。安全系数一般选取1.3左右。

FTKQ=1.3FKQ

依据 GB/T 3098.1-2010《紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱》要求，以及计算所得到的FTKQ选取螺栓。同时考虑使用环境造成的紧固件应力腐蚀开裂。

（1）螺栓公称直径选取：

根据计算所得的 FTKQ初步选取螺栓公称直径以及需要的性能等级，下表为底盘常用螺栓提供轴力值：

（2）螺栓螺距选取：

国家标准中规定：螺母的强度等级必须比螺栓低，螺母等级比螺栓高的话在安装中施拧后会出现螺栓丝扣损坏的螺栓性能等级的含义是国际通用的标准，相同性能等级的螺栓，不管其材料和产地的区别其性能是相同的，设计上只选用性能等级即可。强度等级所谓8.8级和10.9级是指螺栓的抗剪切应力等级为8.8GPa和10.9Gpa。

例如，性能等级10.9级的螺栓，其含义是：10.9级高强度螺栓，其材料经过热处理后，能达到：??

1、螺栓材质公称抗拉强度达1000MPa级；

2、螺栓材质的屈强比值为0.9；?

3、螺栓材质的公称屈服强度达1000×0.9=900MPa级?。

（3）螺栓拧紧力矩选取：

根据下述公式计算：

T=KFTKQ*d

其中：K–扭矩拧紧系数

d–螺栓公称直径

三、紧固件选择原则

根据紧固件预期用途及功能，所选用的品种要保证工程的可靠性及适用性，对于承力部位，通常要求紧固件具有较高的强度，因此尽量选用高强度紧固件，螺栓强度不低于1000Mpa，同时要综合考虑紧固件的使用环境，不能片面追求高强度，过高的强度导致脆性增加、韧性下降，综合性能变差。

螺纹：细牙螺纹的承载能力和防松性能较松牙螺纹高，普通自锁螺母配用的螺栓的螺纹公差应不低于5h6h，否则可能因为螺栓处于最小实体尺寸，螺纹间隙过大导致自锁力矩不稳定，与非自锁螺母配用的外螺纹公差一般不低于6h，对于高温环境，螺纹配合留有间隙，同时注意表面防护

防松：在发动机，底盘等重要受力部位，应该采用高效防松措施，首先考虑选用自锁螺母，自锁螺钉，采用锲形螺纹，涂防松胶等，有的还需要附加锁紧方式或者刚性防松机构，弹簧垫圈、弹性垫圈的防松能力很差，不能用于重要的防松，

密封：密封紧固件是密封结构中不可缺少的零件，部件结构设计中常用密封紧固件带Q形圈的密封螺栓、密封自锁螺母等。温度的变化对于密封结构泄露具有重大影响，高温是材料变形和松弛，低温使密封件变硬变脆以及冷缩变形引起预紧力松弛，带Q形圈的密封螺栓结构用于受力较大的部位

紧固件规格：螺栓与螺母匹配时，螺栓的长度遵循螺栓伸出螺母2-3倍螺距的圆柱，但螺栓总长不宜大于10d（螺栓公称直径）尽量减少紧固件规格，提高标准化，承拉连接结构中的螺栓与螺母，采用等强度设计原则，螺母的强度应该与螺栓强度等级相等，在ISO/TC2标准中，几乎全是抗拉螺栓，在选配螺栓螺母机械性能等级时，应遵循螺栓优先失效原则，因为螺栓断裂是突然发生的，容易发现，螺栓脱扣是铸件发生，潜在隐患很难发现，目前设计中8.8级螺栓配8级螺母，10.9级螺栓配10级螺母。

四、总 结

紧固件虽小，但是却意义重大，水滴石穿，细节决定成败，通过上文，初步了解了一些紧固件的选用规则，在设计中要合理的使用紧固件，这样汽车才会有稳定的性能。