某車型緊固螺栓彎曲分析

楊綿

摘 要：某車型后懸模塊在裝配過(guò)程中，后橫向?qū)U與后轉(zhuǎn)向節(jié)小軸套緊固螺栓出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象，導(dǎo)致無(wú)法調(diào)整后懸模塊四輪參數(shù)，通過(guò)對(duì)后懸結(jié)構(gòu)及制件質(zhì)量的分析闡述了在新車開(kāi)發(fā)過(guò)程中結(jié)構(gòu)方案對(duì)整車質(zhì)量的影響。

關(guān)鍵詞：四輪參數(shù)；應(yīng)力；彎曲

后橫向?qū)U在后懸模塊中主要起到調(diào)整外傾角、前束角的作用，通過(guò)偏心墊片的轉(zhuǎn)動(dòng)引起螺栓在后橫向?qū)U長(zhǎng)圓孔中的滑動(dòng)從而調(diào)整了后轉(zhuǎn)向節(jié)與后副車架中心線的距離達(dá)到調(diào)整外傾的作用。在整車行進(jìn)過(guò)程中后橫向?qū)U承受來(lái)自不平路面的沖擊，若緊固螺栓彎曲會(huì)導(dǎo)致緊固螺栓返松后引起配合部位響，若不及時(shí)糾正會(huì)造成外傾超差，輪胎出現(xiàn)偏磨，影響用戶駕駛體驗(yàn)（車感漂浮、顛簸、搖擺等現(xiàn)象）。

1 故障分析

1.1 受力分析校核

①栓強(qiáng)度計(jì)算[1]

螺栓的軸向力：

F= T/[μtol×（0.577×d2）+0.5（db+D0）/2+P/2π]=73.912KN

螺栓承受拉應(yīng)力σ=F/As=802.5189MPa

由于σ<σs，所以螺栓強(qiáng)度滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求；

②連接件強(qiáng)度校核σ1=F/A1=157.2108MPa[2]

由于σ1<σs1，所以連接件強(qiáng)度滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求；

③軸套內(nèi)管強(qiáng)度校核[3]

軸套內(nèi)管壓力σ2=F/A2=268.5474MPa

由于σ2<σs2，所以軸套內(nèi)管強(qiáng)度滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求；

通過(guò)受力校核公式可知，若螺紋副摩擦系數(shù)不穩(wěn)定將對(duì)受力結(jié)果產(chǎn)生較大的影響，目前國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)件廠家控制螺紋副摩擦系數(shù)的公差在0.4以內(nèi)，特別要控制摩擦系數(shù)下限，避免由于摩擦系數(shù)過(guò)小引起螺栓被拉斷的風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 后橫向?qū)U材質(zhì)分析

1.2.1后橫向?qū)U硬度測(cè)試結(jié)果為155HV，查德標(biāo)DIN50150，155HV對(duì)應(yīng)的材料抗拉強(qiáng)度為495MPa，圖紙要求后橫向?qū)U材質(zhì)為SAPH440（屈服強(qiáng)度≥305MPa，抗拉強(qiáng)度≥440MPa），可初步判定后橫向?qū)U被壓潰不是因?yàn)椴馁|(zhì)過(guò)軟造成的，通過(guò)測(cè)試硬度的方法可在較短的時(shí)間內(nèi)排除或確定材質(zhì)問(wèn)題。

1.2.2 后橫向?qū)U材質(zhì)合格

[＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&][元素

實(shí)測(cè)值

標(biāo)準(zhǔn)

判定][C

0.008

≤0.12

OK][Si

0.21

≤0.50

OK][Mn

1.13

≤0.1.50

OK][P

0.013

≤0.030

OK][S

0.004

≤0.025

OK]

1.2.3 后橫向?qū)U力學(xué)性能合格。經(jīng)過(guò)試板拉伸試驗(yàn)，得知后橫向?qū)U板材抗拉強(qiáng)度為460MPa，屈服強(qiáng)度為310MPa，證明材質(zhì)完全合格，符合1.2.1的推斷，排除材質(zhì)問(wèn)題。

1.3 墊片倒角不合格 墊片圖紙要求件厚為3mm，經(jīng)測(cè)量墊片厚度均勻且合格，倒角為2mm，大于圖紙要求的1mm，觀測(cè)墊片與后橫向?qū)U長(zhǎng)圓孔的壓痕，由于倒角偏大，墊片與導(dǎo)桿的接觸面積變小，墊片局部邊緣甚至壓入了導(dǎo)桿長(zhǎng)圓孔中，導(dǎo)桿長(zhǎng)圓孔處壓強(qiáng)過(guò)大。

綜上，墊片邊緣與導(dǎo)桿長(zhǎng)圓孔邊緣局部重合，會(huì)造成后橫向?qū)U局部受力過(guò)大，后橫向?qū)U局部出現(xiàn)“壓潰”現(xiàn)象后，墊片所在平面出現(xiàn)傾斜，螺栓與墊片軸線出現(xiàn)夾角，螺栓承受彎矩從而出現(xiàn)彎曲。

1.4 故障再現(xiàn)。為確定螺栓與墊片軸線出現(xiàn)夾角后是否會(huì)導(dǎo)致螺栓彎曲，將后轉(zhuǎn)向節(jié)小軸套端部切去1°的料，在沒(méi)有后橫向?qū)U的情況下，將螺栓、后轉(zhuǎn)向節(jié)小軸套、墊片、螺母進(jìn)行裝配，螺栓打緊后靜置5分鐘，拆開(kāi)螺栓進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)螺栓出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象，且彎曲位置處于螺母配合段，與裝配線體出現(xiàn)的螺栓批量彎曲為同一位置，證明找到了真因。

2 臨時(shí)整改方案

為避免后橫向?qū)U被壓潰導(dǎo)致螺栓與墊片軸線出現(xiàn)夾角，需提高墊片與導(dǎo)桿的接觸面積，整改周期短且成本較低的方案為去掉墊片的倒角。進(jìn)行小批量對(duì)比驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)無(wú)倒角組的后橫向?qū)U長(zhǎng)圓孔處壓痕較淺（約0.5mm），螺栓出現(xiàn)輕微彎曲，而未更改組的后橫向?qū)U長(zhǎng)圓孔處出現(xiàn)深度為1mm的壓痕，螺栓顯著彎曲。

3 永久整改方案

臨時(shí)方案中螺栓與后橫向?qū)U長(zhǎng)圓孔邊緣搭接面積較小，后橫向?qū)U依然存在較淺的印痕，為徹底解決這一問(wèn)題，必須重新制定后懸調(diào)整方案：在保證后橫向?qū)U長(zhǎng)圓孔位置不動(dòng)的前提下（保證后懸模塊外傾角調(diào)整量），進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整，將后橫向?qū)U長(zhǎng)圓孔兩端擋肩向壓潰端移動(dòng)3mm，偏心螺栓、墊片向圓心方向移動(dòng)3mm，由于偏心調(diào)整機(jī)構(gòu)整體進(jìn)行偏心量調(diào)整，因此偏心螺栓/墊片轉(zhuǎn)動(dòng)180°依然起到調(diào)整前的作用——保證螺栓能夠到達(dá)導(dǎo)桿長(zhǎng)圓孔的兩端。實(shí)驗(yàn)表明，改后方案不影響四輪調(diào)整，后橫向?qū)U的印痕僅限于漆膜層，未對(duì)導(dǎo)桿本體產(chǎn)生壓痕，解決了后橫向?qū)U壓潰導(dǎo)致的螺栓彎曲問(wèn)題：