基于汽车底盘设计探析

[摘 要]本文主要就汽车底盘螺纹连接设计进行了详细的分析，首先阐述了螺纹连接松动的原因，然后指出在预紧力变形和受轴向、横向动静载荷作用下，螺纹连接会发生松动。最后探讨了底盘设计应用。本文以下进行了详细的阐述。

[关键词]汽车； 底盘； 螺纹连接； 设计

中图分类号：U463.1；TP391.72 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）42-0141-01

一、前言

随着经济的快速发展，汽车成为了人们日常生活中必不可少的交通工具。汽车底盘设计作为汽车整体设计的关键，人们对它的要求也越来越严格。我国在汽车底盘设计上取得了一定的成绩，但依然存在一些问题需要改进。

二、底盘设计要求

底盘设计考虑的关键在于满足整车性能的各项指标。汽车应当具备的基本性能可概括为动力性、经济性、制动性、操稳性、平顺性、安全性和耐久性。一般所说的底盘工程包括前后悬架、转向系、制动系和车轮的设计配置。与这些系统直接相关的整车性能有制动性、操稳性和平顺性。底盘的悬架部件本身要足够牢固，而其设计是否到位直接影响车架车身的受力大小，同时底盘设计也和耐久性相关。

三、螺纹连接原理及松动原因

1、螺纹连接原理

螺栓的紧固扭矩与预紧力的关系：Tf=KFfd

Tf――为紧固扭矩，Ff――为预紧力，d――为螺纹公称直径，K――为扭矩系数。

扭矩系数K是反映螺栓拧紧过程中的扭矩和轴向夹紧力之间关系的系数，K值越小，螺纹摩擦和端面摩擦所消耗比越小。目前国产螺栓K值变化非常大，即紧固扭矩变化非常大。相反，在保证紧固扭矩相同的情况下，轴向夹紧力比较分散。在拧紧螺栓时，有部分的扭矩消耗在螺栓端面的摩擦上，有部分扭矩消耗在螺纹的摩擦上，仅有很少的扭矩用来产生预紧力。目前国内普通螺栓摩擦系数在0.3左右，为降低摩擦系数，采用在螺纹表面涂抹螺纹稳定剂的方法控制螺纹摩擦系数在0.11～0.16范围，以降低螺纹摩擦所占比例，提高预紧力。

2、螺纹联接松动的原因

对螺纹联接而言，引起螺纹联接件松动的原因很多，但归纳起来主要为以下3个方面的原因：

（1）联接面变形

螺纹联接时施加一定的预紧力使螺栓产生拉伸变形，在联接件的接触面上产生塑性环形压陷，螺纹副表面粗糙度、波纹度及形位误差等产生局部塑性变形。在使用过程中，塑性变形的继续发生，使螺纹副和支撑面上产生微小的滑动，进而使预紧力下降，促使螺纹联接发生松动。

（2）受轴向载荷作用产生松动

当有初始预紧力的螺纹联接受到轴向载荷作用时，螺栓受轴向力的拉伸。螺纹牙斜面上受到径向分力的作用，螺纹接触面间会产生微小的相对滑动。在载荷的反复作用下，这种相对滑动逐渐增大，当达到破坏螺纹联接的自锁条件时，会使螺母松动回转，联接失效。

（3）受横向载荷作用产生松动

当有初始预紧力的螺纹联接受到垂直于轴线的横向载荷作用时，在横向力的反复作用下，使螺纹发生弹性的扭转变形或零件接触面之间有垂直于螺纹轴线方向的相对滑移。逐渐累积起的扭转位移，迫使螺旋副沿螺旋方向下滑，从而逐渐使预应力减小，甚至消失，进而使螺纹联接出现松动。

以上原因往往是在变载、冲击、振动等作用下同时出现，且交互作用。此外，工作温度等因素的变化，也会引起螺纹联接松动。

四、螺纹连接件结构设计

下面以副车架与摆臂连接体的设计为例细说螺纹连接件的结构设计，此案例是汽车底盘的重要螺纹连接体，拧紧方法采用扭矩法。

1、副车架设计

对于副车架与摆臂的连接，螺栓不受轴向载荷，只承受横向载荷。初始的螺纹联接松动往往与联接面加工精度有关，下面通过试验进行研究。

（1）领取试验器材：后副车架两台、后下摆臂安装螺栓/螺母各四只、后下摆臂轴套四只、塞尺、力矩扳手、活扳手、点漆笔、游标卡尺；

（2）用点漆笔画出后下摆臂轴套与副车架配合区域，该区域为检测区域；

（3）三坐标检测：检测副车架开口尺寸、平面度、平行度，轴套两端尺寸；

（4）检测摆臂轴套夹紧力矩：安装摆臂轴套，缓慢旋转轴套同时缓慢拧紧力矩扳手直到轴套不旋转为止，记录力矩；

（5）检测摆臂轴套贴平力矩：用塞尺（0.05mm）检测轴套端面与开口间隙，每拧紧10N・m检测一次，直到不能塞进为止，记录力矩；

（6）静置48小时后，检测螺栓拧松力矩，记录力矩。

2、摆臂设计

摆臂橡胶衬套总成的结构是由内管、橡胶体2部分组成：内管是壁厚较大的钢管，内孔能够穿过螺栓，内管的两端面有尖齿。内管与橡胶体硫化到一起。衬套总成压装到摆臂套管上，衬套由于受到螺栓的轴向力，当下摆臂摆动时，内衬套不能随其摆动，橡胶体扭转弹性变形实现摆动。

为很好地实现设计功能，要求橡胶衬套总成能够有效紧固。将端面设计成齿形结构，紧固衬套总成时，内管端面的尖齿嵌入到副车架摆臂安装支架板内，能够有效的防止车轮跳动过程中，衬套内管相对副车架保持静止，使衬套总成实现、减震吸能的作用。尖齿的齿长呈辐射状分布，抵抗转动的能力最强，但加工工艺复杂一些；呈平行线状分布，抵抗转动的能力差些，但加工工艺简单。

（1）设定螺纹紧固件的最小轴力和最大轴力，也就是设定螺纹紧固件的拧紧扭矩的最小值和最大值，是螺纹连接体设计应用的关键。要从螺纹连接体的功能、紧固件和被紧固件的结构、性能、表面状态以及实施螺纹紧固的方法和工具等方面综合考虑。设定的轴力（或扭矩）过小，会影响设计功能的实现；设定的轴力（或扭矩）过大，会引起紧固件失效（断裂、滑牙、屈服）或紧固件被压溃等故障。为了充分发挥紧固件的性能，一般应使螺栓的轴力为该螺栓保证载荷的60%～8O%。

（2）螺纹紧固件紧固完毕后，质检员检测时，往往得不到装配时的拧紧扭矩，即使用相同的检具也是如此。拧紧扭矩随着时间的推移而衰减，可以说是正常的、不可避免的。这种检测应在装配后数分钟内进行才有意义。即使刻线做标记证明螺栓、螺母装配完毕后没有发生位移，但是拧紧扭矩仍然是衰减了。因些复检时，拧紧扭矩稍有衰减，并不能作为紧固件是否松动的依据。

（3）新设计的螺纹连接体，要按一定程序进行试验验证，从简单的台架模拟试验到严酷的实车试验场试验都合格后，才能应用到商品车的试生产。因为“设计”本身就难免有不确定的因素。就是成功的设计，生产了一定的数量或者更换了供应商，仍然要进行必要的试验认证。

五、车底盘的网络化技术

目前汽车上每个总成几乎是机械、电子和信息一体化装置。在系统中电子和信息部分所起的作用也越来越重要，汽车工电子装置的增加使连接的电子线路迅速膨胀，线束越来越复杂。在汽车设计、装配、维护中的负担甚至到了无法承受的程度。而且线路接头的增加引起安全隐患。另外线的重量和占用空间也是值得考虑的问题，重量的增加意味着降低效率。线路体积（直径）太大在相对运动的部分之间过线非常困难，所以在电子装置不断增加的情况下，减少线束成为一个必须解决的问题，而使用传统的点到点平行连接方式显然无法摆脱这种困境，因而基于串行通信传输的网络结构成为一种必然的选择。基于汽车底盘的电子化技术、线控技术的应用、汽车底盘的网络化技术成为必然。如何建立局域网将汽车底盘的各种电子设备的传感器、执行机构、ECU的数据和信息通过一个总的ECU进行集中控制成为急需解决的问题。

六、结束语

总而言之，汽车底盘设计可以说关系到汽车整体的使用性能。因此，必须要严肃对待汽车底盘设计问题。

参考文献

[1]姚敏茹.螺纹联接防松技术的研究应用与发展.新技术新工艺，2014（6）：26.

[2]丁亚康.汽车底盘集成及其控制技术研究[J].武汉理工大学，2015（1）：13-15.