浅谈底盘扭矩设计及分析

隋超

摘要：汽车底盘装配联接方式主要采用紧固件螺纹联接，其扭矩控制是汽车底盘装配质量的重点，本文主要围绕汽车底盘扭矩开发流程、主要影响因素、常见失效等方面进行分析和研究。

关键词：底盘；装配；扭矩；联接；拧紧

看似简单的螺纹联接，其力矩的控制是一个非常复杂的过程。通过制定标准的底盘力矩分析流程，多种工艺方案对比验证，方能确定拧紧扭矩的设计值以及拧紧策略的方案，最终满足底盘产品质量的要求。

1底盘力矩开发流程

1.1产品载荷要求

底盘系统载荷要求主要取决于整车，在整车总布置确定后，底盘系统的结构类型、连接方式以及载荷就已经确定，进而底盘各零部件分总成的载荷也就确定了。

1.2螺栓预紧力计算

预紧力要求是一个非常重要的产品设计参数输入，根据产品设计人员提供的预紧力要求，工艺人员才能以此为基础进行扭矩开发设计。根据产品紧固场合、设计要求、工作载荷及联接要求等综合因素（或CAE仿真分析）计算出理论预紧力值。

1.3标准件选型。标准件种类比较多，常见的类型：六角法兰面螺栓、组合螺栓、六角头螺栓、双头螺柱、承面凸焊螺栓等；螺母螺栓常见的类型：六角法兰面螺母、六角头螺母、开槽螺母、焊接方螺母、铆螺母等。合理选择标准件规格，尽量选择国标件，减少非标件的使用。

1.4拧紧空间校核。校核连接场合是否满足标准件的装配性，同时也需考虑拧紧工具/设备的选择是否与周边件产生干涉。

1.5拧紧扭矩分析。根据理论计算，分析摩擦系数、强度、拧紧精度、拧紧等级、联接刚度等相关因素与扭矩的匹配性，从而确定初始拧紧力矩。

1.6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。如：拧紧扭矩-轴向预紧力试验，利用Schatz多功能螺栓拧紧工艺分析系统进行车轮螺栓拧紧试验。分析拧紧过程的总扭矩、支撑面扭矩、螺纹扭矩、预紧力、扭矩系数、支撑面摩擦系数、螺纹摩擦系数、总摩擦系数等参数；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。如：进行3万公里强化路试、16万公里常规路试和耐久试验过程中，每5000km进行扭矩检查是否有螺栓松脱等异常问题。

1.7拧紧策略选择。根据拧紧方法、拧紧工具、拧紧方式。评价扭矩拧紧质量的不能只依靠扭矩值单一指标参数。应从如摩擦系数、扭矩系数、预紧力、拧紧方法及CPK（过程能力指数）等多方面指标综合评价。1.8伴随拧紧工艺及拧紧设备的发展，误差性很大的静态扭矩值检测已经无法满足高质量拧紧的评价，应逐步提高采用以动态扭矩及拧紧过程监控为主的自动化检测设备的普及。

1.9拧紧扭矩设定大都是通过零部件供应商依据经验提供，或通过对标竞品车型逆向检测其静态扭矩得出，然后通过大量道路试验和耐久试验来分析其合格性和可靠性。

2底盘力矩主要影响因素

一般底盘产品联接方式为硬联接和复合联接，扭矩等级为B级，扭矩精度为一般拧紧（名义扭矩的±20%）和精确拧紧（名义扭矩的±10%）,去除理论层面因素外，主要受拧紧工具影响较大。

2.1一般特性，将部件装配在一起，没有精度和过程的安全等级要求。优先选用精度等级不高的工具，如：制动器中装配制动钳工序，可采用气动扳手或电动扳手。

2.2重要特性，工具有正确的扭矩精度，不受操作人员和工件的影响，优先选用扭矩精度高，具有防错功能的工具。如：装配主减速器与桥壳拧紧工序，可选用自动拧紧机，确保拧紧力矩一致性

2.3关键特性，工具有正确的扭矩精度，工具的拧紧精度达到技术要求。优先选用具备精度高，防错且能够追溯的工具系统。各企业根据产品重要等级和追溯要求识别，工具需具备储存和记忆功能，同时与其它设备相关联，如：MES系统。

2.4装配方式。若采用流水线作业，工具选取时需依据零部件紧固部位及工人作业部位、操作空间，考虑人机工程、作业状态轻松、有效减少人员作业强度等问题。

2.5效率要求。工艺设定生产节拍，确定底盘装配线使用工具装配时间，一般气动扳手加定扭矩扳手作业效率高于电动拧紧工具，效率较高，但人员需求数量多。

2.6成本要求。考虑底盘产能规划、生产节拍、线体均衡率、投资回收期等因素，确定扭矩工具类别，一般气动扳手采购成本低，后期维修成本较低，电动工具采购成本高，后期维修成本高。

3力矩失效分析

力矩衰减是汽车底盘产品常见的一个失效模式，可从以下方面进行分析：①设计力矩时，是否考虑设计力矩、动态力矩和静态力矩的区别，三者之间存在一定的关系，不可混淆；②检查螺栓联结方式，若为软联结，则为中间联结体变形导致，排除螺栓本身问题；若为硬联结且螺栓被拉长，说明螺栓本身热处理过程存在问题，可在装配前开展保载、拉伸等试验进行预防验证。③振动导致的返松，可以考虑增加单行垫圈、锁紧螺母、涂紧固胶等方法解决；④检查静态力矩值是否超出标准规定力矩要求，若超出需调整拧紧装置参数。

4结束语

底盘扭矩设计不仅要考虑产品，更要考虑过程工艺设计，同时结合以往失效FMEA和试验验证结果，我们在实践工作中，通过不断总结和经验积累，从而提升整个设计过程的质量。

参考文献

[1]朱正德.螺栓拧紧的统计过程控制［期刊论文］-中国质量2003.

[2]刘海乐，周华龙.汽车运用，73075部队装备处，2010.