浅析底盘扭矩设计及分析

浅析底盘扭矩设计及分析

李朋辉

（北京长城华冠汽车技术开发有限公司北京市100000）

摘要：扭矩控制是汽车底盘装配工艺的关键控制点，装配质量的最常用方法是通过控制紧固件的扭矩来实现预紧力的控制。本文主要对汽车底盘螺纹副连接状态、拧紧扭矩等级、拧紧扭矩精度、拧紧方法、静/动态扭矩关系、扭矩开发流程等方面进行归纳总结。

关键词：紧固件；扭矩；连接；拧紧

为了提高拧紧力矩的设定正确性及拧紧质量，通过制定拧紧力矩分析标准流程，采用螺栓拧紧工艺分析系统，根据紧固件-扭矩/预紧力试验结果得出影响拧紧质量的各种参数值，给出拧紧扭矩的设计值以及拧紧策略的参考方案，为完善螺纹紧固件的拧紧扭矩开发提供参考。

1螺纹副连接状态

1.1软连接。指连接件本身比较软或者连接件中间存在橡胶件等弹性元件，存在较大扭矩衰减；软连接螺纹副到达贴合点后，旋转720°以上才能达到目标扭矩。适合选择直接驱动式扳手进行装配，对连接件来讲，连续的旋转和冲击将会使螺栓产生变形，而同样的工作方式会使气动冲击扳手的双锤式打击机构提前磨损。

1.2硬连接。指连接件硬度比较大或刚性连接，一般扭矩衰减很少，可能还存在扭矩反冲；硬连接螺纹副到达贴合点后，一般旋转30°以内就可以达到目标扭矩。选择气动冲击扳手，一般所说的硬连接方式指螺纹没有涂胶，螺纹部分短，连接时不加垫片等，这种连接方式在汽车底盘装配中应用较多。

1.3联合连接。指介于软连接和硬连接之间的连接，也称为中性连接。转角介于30°～720°之间的连接方式。汽车制造过程中这种连接方式最多，这种状况下的连接适合选择油压脉冲工具进行装配，不适合选择气动冲击扳手进行装配。

2拧紧扭矩等级

依据对汽车的安全性、法规性、功能重要性的影响程度，参考（德）DIN2862汽车工业中拧紧设备的应用标准要求将汽车总装的装配扭矩分为三个等级，其中拧紧等级B类通常用于底盘件。

3拧紧扭矩精度

依据当前汽车的法规性、生产工艺性，汽车装配的拧紧扭矩精度分为三级，如下表所示：

分析拧紧精度过程中，拧紧精度须与拧紧等级匹配。拧紧扭矩等级A级与拧紧扭矩精度Ⅰ级、Ⅱ级匹配；拧紧扭矩等级B级与拧紧扭矩精度Ⅱ级、Ⅲ级匹配；拧紧扭矩等级C级与拧紧扭矩精度Ⅲ级匹配；指导制造部门根据拧紧精度要求合理选择拧紧工具。

3.1拧紧扭矩精度为Ⅰ级时，扭矩精度标准偏差值设定为名义扭矩的±5%，偏差区间控制在0～±7.5%区间。

3.2拧紧扭矩精度为Ⅱ级时，扭矩精度标准偏差值设定为名义扭矩的±10%，偏差区间控制在±7.5%～±15%区间。

3.3拧紧扭矩精度为Ⅲ级时，扭矩精度标准偏差值设定为名义扭矩的±20%，偏差区间控制在±15%～±30%区间。

4拧紧方法

生产企业拧紧的方法通常有扭矩法、扭矩-转角法、屈服点法三种，实际应用主要以扭矩法及扭矩-转角法的拧紧扭矩为主。

5静/动态扭矩关系

在汽车底盘装配过程中，往往将动态扭矩与静态扭矩混淆，静态扭矩是在螺栓处于静止状态下测量的扭矩值，动态扭矩是螺栓与被连接件之间处于相对滑动状态下测得的扭矩值。在生产过程与检验矛盾，实际上生产过程得到的是动态扭矩，保证了螺栓的动态扭矩不低于规定值，而表盘式扭矩扳手重新检测时，表盘上呈现的值为静态扭矩，两数据之间存在一个数学关系：T静=T动×（1+λ），T静与T动呈线性关系（T静：静态扭矩；T动：动态扭矩；λ：扭矩系数），λ取值与螺栓、连接方式、装配工具等方面有直接关系，需在实际试验中总结积累。

6扭矩开发流程

一般汽车底盘扭矩开发遵循以下开发流程：

6.1预紧力计算。根据产品紧固场合、设计要求、工作载荷及连接要求等综合因素（或CAE仿真分析）计算出理论预紧力值。

6.2标准件选型。合理选择标准件规格，尽量选择国标件，减少非标件的使用。

6.3拧紧空间校核。校核连接场合是否满足标准件的装配性。

6.4拧紧扭矩计算。根据预紧力、紧固件规格、螺纹副连接状态等参数计算拧紧扭矩。分析摩擦系数、强度、拧紧精度、拧紧等级、连接刚度等相关因素与扭矩的匹配性。

6.5试验验证。一方面通过实验室试验项目，通过各相关参数的试验数据验证拧紧扭矩的设定合理性。另一方面通过室外的道路试验、耐久试验验证扭矩的合格性及可靠性。

6.6拧紧策略选择。根据连接场合、产量及成本、拧紧扭矩、拧紧等级、拧紧精度选择对应的拧紧方法、拧紧工具、拧紧方式。

7结束语

汽车底盘扭矩设计过程是一个比较系统、复杂的学科，还要根据拧紧等级、拧紧精度、扭矩值等参数合理选择拧紧工具、拧紧方法、装配工艺及扭矩质量检测方法，是一个值得我们深入研究的课题。

参考文献

[1]成大先.机械设计手册.北京：化学工业出版社，2003.

[2]朱正德.螺栓拧紧的统计过程控制［期刊论文］-中国质量2003.