启飞汽车

摘要

    汽车底盘是汽车的重要组成部分，起到了支撑汽车、形成汽车整体造型和接受发动机动力等关键作用。目前，汽车底盘的生产装配用到了大量高强度螺栓，这些螺栓的连接质量直接关系到汽车的行驶安全。如果高强度螺栓出现松动的情况，车辆就很可能出现损坏、翻车等事故，甚至危及到乘客和驾驶员的人身生命安全。

一、影响汽车底盘高强度螺栓防松性能的因素

1. 螺栓头部结构

    汽车底盘螺纹紧固件的类型比较多，按照螺栓的防松形式可分普通六角头螺栓、六角法兰螺栓、六角头螺栓和平垫圈组合件、六角头螺栓和弹簧垫圈组合件、六角头螺栓和平垫圈弹簧垫圈组合件 5 种。由于头部结构不同，各种螺栓头部与连接件接触的外径也有着较大区别。在普通螺纹的连接上，一般来说，螺纹头部的外径越大，其接触面的面积越大，螺栓的摩擦力矩也就相应得越大。

2. 弹簧垫圈

    通过对带弹簧垫圈的螺栓进行力学仿真实验发现，弹簧垫圈在螺纹连接中容易出现局部接触较小、支承面较小的情况，以及开口端容易压馈的问题，最终造成螺栓的轴向力下降，弹簧垫圈的防松性能下降。同时，弹簧垫圈具备弹性作用，可在一定程度上补偿因连接件变形而减小的轴向力，可见弹簧垫圈对于汽车底盘高强度螺栓能够起到一定的防松作用。

3. 支承面接触状态

    在实际的装配过程中发现，螺栓与被连接件表面贴合得不均匀，会对螺栓的连接强度构成一定影响，导致螺栓荷载分布出现问题。螺栓与连接件的接触面较小，将会导致局部应力集中，使材料表面出现压馈，最终影响螺栓的预紧力大小。影响支撑面接触状态和摩擦系数的原因很多，首先是被连接件的表面处理方式，如表面镀层厚度、钝化层处理、强度等级等，会直接影响到支承面粗糙度及摩擦系数，导致螺栓防松性能受到一定程度的影响。其次是螺栓头部结构，如前文所述，头部结构决定了支承面的接触面积，以及轴向力补偿作用的大小，对防松性能有很大影响。在预紧力比较大的情况下，防松性能由高到低的顺序依次为：六角法兰螺栓；六角头和平垫圈组合件；六角头、平垫和弹簧垫圈组合件；六角头和弹簧垫圈组合件；普通六角头螺栓。

二、汽车底盘高强度螺栓防松策略

1. 拧紧扭矩

    在汽车生产装配过程中，为了提高螺栓联接的可靠性，应让螺栓联接副保持一定的轴向夹紧力，即预紧力。受各方面因素影响，直接控制预紧力存在一定难度，最经济可行的方案就是控制扭矩，以间接实现对轴向预紧力的调控。螺栓拧紧实际上是一个克服各种摩擦的过程，在拧紧扭矩中，大约 90％的紧固扭矩被用于克服螺纹及支承端面的摩擦扭矩，导致真正的夹紧力只有 10％左右，若通过润滑方式减少摩擦损耗，则夹紧力增大，但过大的轴向力有可能造成螺栓产生屈服变形或被拉断，因此，必须将摩擦系数控制在一个合理、稳定的范围从而使预紧力也维持在一个比较合理的范围之内。此外，螺纹副含有杂质会导致螺栓联接在承受高强度瞬时冲击时产生微小位移，而瞬间造成拧紧扭矩减少或消失，进而逐渐造成螺栓松动，因此防止螺纹副混入杂质也是控制拧紧扭矩的一个重要方面。

2. 预防弹力松弛

    弹力松弛是汽车底盘高强度螺栓出现松动的主要原因。因此，为防止由于弹力松弛而产生的松动，必须在高强度螺栓所联接的机械设备运行一段时间之后进行补偿拧紧，消除弹力松弛造成的松动。比如，对平衡轴 U 型螺栓拧紧扭矩进行定期复紧，充分避免高强度螺栓松动对汽车性能造成的影响。

3. 控制横向载荷

    为控制高强度螺栓的横向载荷，可以通过增加防松附件的方式增大螺栓与螺母之间的摩擦力，阻止螺栓或者螺母的转动。目前，汽车底盘高强度螺栓比较常见的增加附件有锁片、开口销、双螺母、窜钢丝以及螺纹胶（微胶囊型粘接剂）等，根据汽车底盘的实际情况，可适当地进行选用，从而显著减少振动等造成的螺栓松动问题。

4. 完善表面处理

    螺栓接受不同的表面处理，其夹紧力存在很大区别。其中，摩擦系数越小，防松性能越差。对比镀锌 D 级钝化层的高强度螺栓与摩擦系数为 0.13 的达克罗螺栓，在 2 分钟后前者的轴向力出现约 0.05％的降幅，同时夹紧力进入相对稳定的状态；而在 2 分钟后后者的轴向力降幅高达 1.25％，且夹紧力仍在持续衰减之中。可见，摩擦系数对防松性能有重要影响。因此，对于同一型号的螺栓，应结合其实际的防松需求，选择恰当的表面处理手段，同时尽可能减少摩擦系数的散差，以防因摩擦系数波动而降低防松性能稳定性。

5. 工程防松措施

    除上述预防和处理措施之外，还可以采取工程防松措施，以提升高强度螺栓防松效果，降低汽车底盘各固件运行过程中所产生的振动对高强度螺栓的影响。比如，可以采用长螺栓与厚垫圈或者套筒的组合方式，避免高强度螺栓松动。其次，可以选用螺栓头部端面带齿的螺栓，使螺栓上的径向棘爪嵌入连接件的材料内，从而防止螺栓的自行松动。也可以选用凹凸成对的新型垫圈，与弹簧垫圈配合使用，这样也能够有效地降低振动影响，缓解高强度螺栓的松动问题。

三、结语

    综上所述，汽车底盘高强度螺栓防松性能的影响因素众多，对此，应采取以下策略：合适的拧紧扭矩、预防弹力松弛、控制横向载荷、完善表面处理、采用工程防松措施，从而改善螺栓防松性能，确保汽车行车安全。

作者：冯兴双 来源：山东工业技术
 

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