「设计开发专栏」悬架和车身连接点的螺栓和套管设计要点

背 景

悬架是车架与车桥之间的一切传力连接装置的总称。

汽车悬架包括弹性元件、减振器和传力装置,分别起缓冲、减振和力的传递作用。

悬架系统的连接副的受力状态很复杂,连接副的拧紧质量影响车辆的平顺舒适性和操纵安全性。

01

螺栓的关键结构和尺寸

图一A的结构 是根据底盘套管类零件采用增加螺栓螺杆直径的设计,其目的是减小螺栓与套管孔的间隙,改善螺栓中心线与套管在装配过程中出现的不重合问题,提高螺栓支承面与接触面的结合面积,稳定端面摩擦系数。

图一B的结构 是要腰状杆结构,其作用是增加螺栓的柔度,提高抗冲击载荷的能力,有利于采用扭矩-转角法安装。

图一C的结构 是前端导向结构,是提供导向作用,为方便安装对正内螺纹孔而设计的结构。

此类导向结构有很多种,可以参考GB/T2,也有很多专利导向机构,如M-Point导向端。

图一D的结构 是R型支承面结构,其作用是为避免螺栓R角与接触面在倒角偏小,无倒角或存在较大毛刺而无法清除的情况下发生干涉。

图一E的结构 为法兰面夹角正翘角设计,其与接触面的接触过程是法兰面与连接件从法兰面边缘开始接触,逐渐向杆部靠近。

此设计主要应用于对手件为屈服强度较高的钢铁类材料。对于对手件为屈服强度较低的铝合金类材料,使用法兰面夹角反翘角设计。

图二F的结构 为带防滑齿垫圈,为了提高螺栓和接触面的摩擦系数,可以将摩擦系数m由0.15提高到0.30。垫片的齿高和齿宽是关键尺寸。

垫片的硬度必须保证300~370HV。垫片的硬度一定要保证高于接触面40HV,否则不能保证有效压痕的形成,不能保证摩擦系数的提高,反而会造成螺栓松弛异响。

图二G的结构 是预涂式化学型锁固胶,它的应用原理是将结合剂与固化剂包裹在胶囊中,在螺纹旋入过程中胶囊被挤压破裂,结合剂与固化剂产生固化反应,将螺纹金属面粘住,从而产生转力矩。

主要目的是产生良好的轴向预紧力维持率。对防止高频低幅振动引起的螺栓松动非常有效。

02

套筒的设计要点

悬架与车身连接部位中,车身侧的紧固件多采用焊接螺纹套筒结构,以满足连接的刚度、螺纹强度、焊接性能等特殊性能。

套筒的典型使用位置:

  • a.副车架与车身连接点
  • b.拖曳臂与车身连接点
  • c.悬架与车身连接点。
  • 套筒设计技术要点:

    1)机械性能:焊接螺纹管的性能等级≥10级,与10.9级螺栓匹配;

    2)材料:建议使用10B21;

    3)硬度:272HV~353HV,和10级,12级螺母硬度相同;

    4)热处理:为了保证焊接性能,焊接螺纹管不要热处理;

    5)螺纹管长度设计:参照相应等级的焊接螺母的螺纹啮合长度进行设计,按实际的啮合长度进行保证载荷试验,满足10级的螺母要求的保证载荷;

    6)焊接螺纹管装配作业属于“盲装”。为保证装配时螺纹准确啮合,应在支承端设计导向结构,并在对手件螺栓上设计导向结构(可参考GB/T 2 《紧固件外螺纹零件末端》推荐的导向结构),降低螺纹滑扣风险。导向结构的长度大于0.5倍螺栓公称直径,以保证导向效果。如受空间限制,应该进行导向性能试验,验证连接系统的装配性能;

    7)相同拧紧力矩下,减少套管端面直径对防滑齿形成压痕的效果提升较为明显,有效维持摩擦系数;

    8) 悬架套管和车身套管配合时,要控制同轴度。确保两个套筒的接触面积大于60%的零同轴度时的理论接触面积。

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