轿车轮毂螺栓联接预紧力分析及其提升技术研究

发布时间：2020-07-05 16:47

【摘要】：螺栓联接是汽车轮毂的主要联接方式,其预紧力设计及控制影响轮毂螺栓联接的安全可靠性,提升螺栓预紧力可增强螺栓联接防松能力和螺栓疲劳强度。轿车上普遍采用铝制轮毂,由于铝合金较软,轮毂螺栓联接结构接触状态发生改变,螺栓预紧力出现不足,螺栓可能发生松动、断裂,影响轿车的行驶功能和安全性。本文针对轿车铝合金轮毂螺栓预紧力进行研究,主要研究内容如下:根据锥面过盈联接理论及弹性冲头接触模型建立轮毂螺栓锥面联接拧紧过程力学分析模型,推导出螺纹面和螺母锥面摩擦力矩、螺栓拉伸力矩以及螺栓预紧力的计算公式,建立锥面过盈配合几何模型来分析轮毂锥孔和螺母的弹塑性状态,通过计算内外螺纹变形得到啮合螺纹轴力分布规律。利用MATLAB计算轮毂螺栓预紧力,分析螺纹升角、螺母锥角、螺母锥面摩擦因数等诸因素对螺栓预紧力的影响程度,并分析这些因素影响螺栓预紧力的机理,提出螺栓预紧力的提升方法和改进措施。通过ABAQUS建立轮毂螺栓联接有限元仿真模型:确定材料模型和接触模型、对各部件合理划分网格、设置载荷和边界条件,计算得到螺栓联接结构的应力应变分布规律及啮合螺纹轴力分布情况,并分析螺栓预紧力的影响因素。利用轮毂螺栓联接试验采集的螺栓应变值并对其进行分析,研究螺栓预紧力的变化规律,将螺栓预紧力的理论计算、仿真结果及试验结果进行对比,具有一致性,验证了轮毂螺栓预紧力理论分析结果的准确性。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.343
【图文】：

接触面,结构示意图

预紧力偏小时，螺母会发生松动，螺栓脱落或者因振荡不断而断裂，结构的可靠性、紧密性和疲劳寿命变差。因此，螺栓预紧力应该控制在合之内，偏大或偏小都不符合要求[7-9]。若轮毂螺栓联接预紧力达不到期望值行驶稳定性、传动平稳性和安全性能都将会受到影响。按紧固件与被联接件的接触面结构划分，目前研究的螺栓联接结构可分为锥型和球型，如图 1-1 所示(图中，A、紧固件；B、轮毂；C、制动盘；D、)[10]。现代汽车轮毂螺母比普通六角螺母要厚些，头部为锥型，是固定汽车用螺母。螺母与其支承面间存在过盈现象，和轮毂螺栓孔的联接属于锥面。锥面过盈联接结构中，结合面紧密贴合，可以抵抗外载荷，但两接触面发生微动磨损。微动损伤与材料的力学性能、接触副的摩擦特性及构件的密切相关，间接影响了螺栓预紧力，且能够降低构件的疲劳强度、减小其。过盈量的大小直接影响锥面过盈联接结构的密封性[11-13]。若过盈量不足之间将产生滑动，扭矩无法通过接触面之间的相互挤压传递出去。若过盈超过弹性极限压力，其内部产生附加内应力，过盈配合的可靠性就会降低。

联接结构,螺母,螺纹

第 2 章轮毂螺栓联接力学分析第 2 章轮毂螺栓联接力学分析螺栓联接结构栓联接件将轮毂、制动盘及轴承法兰连接在一起，使各部件滑移，不产生缝隙，并且可以承受轮毂传递的外界载荷。分化，简化后的轮毂螺栓联接结构如图 2-1 所示。螺母 1 在旋紧互挤压产生结合压力，继而依靠结合面之间的摩擦力将力矩与螺栓 3 联接来固定轮毂，螺母螺纹斜面对螺栓螺纹产生的栓预紧力。轮毂螺栓联接局部简图如图 2-2 所示，涉及到的径 d，螺纹小径 d1，螺纹中径 d2，螺母小端直径 d3，螺母大 d5，牙型半角α，螺母半锥角β，螺纹升角ψ，螺距 p。

【参考文献】