汽车用标准螺纹联接紧固特性的分析研究

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1、研究发展YANJlUFAZHANFMEA流程图式中，Q一剩余预紧力(N)；Q一预紧力(N)；F—lT【产品或过程的功能与要求作载荷(N)；一联接件刚度(N／m)；Cm一被联接件刚'L度(N／m)。l产品或过程的失效模式在汽车大批量装配过程中，螺纹联接的预紧力难以实现JL在线检测，一般采用控制紧固扭矩或扭紧转角的方法间接地控制预紧力Q。据文献导出预紧力Q与紧固扭矩的关系l失效模式的影响和后果式'L上I失效模式的潜在原因Q=聃n(an，(丽f))+攥，'LLl对失效模式原因的控制式中，M一紧固扭矩(Nm)；r0一螺纹中径(tTI)；'L上0一螺纹升角(。)；l防止失效

2、模式再度发生的措施，一摩擦系数(为简化运算，联接件、被联接件为图1碳钢或合金钢时，其各自的摩擦系数视同摩擦系数厂)；据有关资料统计，螺纹联接失效的潜在原因分布情况如一三角形螺纹的半顶角(。)(对于螺纹的基本图2所示。从图2可以看出，螺纹联接失效的主要潜在原因是牙型，取值为30。)；装配不当、设计失误和预紧力不正确等，而装配不当占全部影R螺母或螺栓头压紧端面外半径(133)，r一螺母或螺响因素的28％以上，是导致螺纹联接失效的主要潜在因素。栓头压紧端面内半径或螺纹孔半径二者之较大者(m)。由式(2)可知，预紧力Q是由紧固扭矩M、摩擦系数_设计失误厂以及螺纹参数决定的

3、。对具体规格螺纹联接件而言，在技一装配不当术标准中通常给出额定紧固扭矩。考虑扭紧方式、扭紧过程和扭紧工具等影响因素，实际获得的紧固扭矩大于或小一劣质零部件于额定紧固扭矩，即实际的紧固扭矩在一定范围内随机-误操作引起零部性地变化；再考虑螺纹联接的公差与配合、摩擦系数厂及螺件损坏纹参数等变化，使得实际获得的预紧力的变化范围将进一步_预紧力不正确扩大。就汽车用螺纹联接来讲，工作载荷F通常为随机II牛动载荷，可通过虚拟仿真或动态测试得出载荷值并取最大值；图2螺纹失效模式影响因素统计在工作载荷F波动范围不大时，可近似取值为加权平均值。在现有文献与技术标准中，通常采用紧固扭矩

4、系数表分析认为，在各种不利因素相互叠加的条件下，螺纹联接将示预紧力与紧固扭矩之间的关系，即体现螺纹联接紧固装配出现最不利的紧固状态，即获得最小剩余预紧力Qrain。据过程中输入量与输出量的对应关系。由于值的大小一般通文献，一般的螺纹联接，Qrain不小于0．25F；重要的或有过样件测试数据统计并结合装配验证而确定，并非反映螺纹密封要求的螺纹联接，Qrain取值(1．5～1．8)F。联接效果的优劣，难以对螺纹联接失效及其潜在原因进行有显见，在具体规格螺纹联接的相关参数及工作载荷确定针对性的分析研究。因此，本文基于机械原理与力学理论，的前提下，欲达到螺纹联接要求，实际

5、获得的预紧力应保证在理清最小剩余预紧力的紧固作用前提下，提出螺纹联接的剩余预紧力不小于最小剩余预紧力。从功能分析角度，具体扭紧效率与紧固度概念，并建立其与相关参数的量化表达式，规格螺纹联接的预紧力过大或过小均无法实现产品的作用。继而对典型规格螺纹联接件的试验结果和标准要求进行综合为了达到螺纹联接要求，须严格控制预紧力及其影响因素的分析与评价。变化范围。3扭紧效率与紧固度从机械原理上讲，螺纹联接的装配过程由扭紧过程与紧3．1最小剩余预紧力固过程组成，前者通过对螺纹联接件施加紧固扭矩(大干或据有关文献可导出螺纹联接剩余预紧力Q与预紧力Q、小于额定紧固扭矩)而产生实际的

6、预紧力(此时螺纹联工作载荷F以及联接件刚度C、被联接件刚度的关系式接尚未承受工作载荷)；后者由实际的预紧力作为驱动力与其所承受的工作载荷相互作用后形成螺纹联接件的_T作预紧C力和被连接件间的剩余预紧力。而工作预紧力产生的摩擦阻Qe～花⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(1)力矩防止螺纹联接件发生相对运动、剩余预紧力产生的摩擦14阻力防止被联接件发生相对运动。实践证明，在螺纹联接的3．3紧固度大批量装配过程中，扭矩系数并非一个常数，而是受多种在施加紧固扭矩M并松开扭紧工具后，保持螺纹联接潜在因素的影响而随机性地变化。据文献及式(2)导出扭处于紧固状态的作用力是在实际的预紧力Q作用下产

7、生的阻矩系数力矩MQ。此时，视预紧力Q为驱动力。本文定义紧固度是tan(0+tanu()4(R~-p)f嘉荛景际,的N预N紧N力g式中，一扭矩系数；Q之比。据有关文献可导出螺纹联接的紧固系数扣螺纹公称直径(m)。。innI／f＼由式(3)可知，扭矩系数随摩擦系数，以及螺纹联ai口。。f。t兰1‘32t1口兰暑l厂⋯(5)接相关参数的变化而变化。值的这种变化对达到螺纹联接＼＼COS／／要求意味着什么呢?从值本身的大小难以判定螺纹联接效对于三角形螺纹联接，可以假定摩擦系数极限值趋于为果的优劣，分析认为，引入螺纹联接效果评价的新指标是必1．00，即紧固系数i’趋于最大值

8、ann。由