某SUV车型下摆臂力矩衰减原因浅析

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摘 要：本文对一起suv车型的力矩衰减进行了分析，运用了理论应力校核、试验验证的工具，找到了力矩衰减的原因。同时衡展在力矩设定过程中，针对不同材料进行相关理论计算校核，防止在车辆使用过程中出现材料蠕变，导致的力矩衰减。

关键词：力矩衰减;应力;材料强度;蠕变

螺纹联接标准化程度高、品种多、制造方便、易于拆装，可获得较大联接力，能适应各种工作条件，在汽车行业中应用广泛。从原理上说，螺纹联接能够满足自锁条件，在静载荷时不会自行松脱，但在冲击、振动或变载荷作用下，螺母松动却经常发生，需要采取相应措施，否则，螺纹联接失效会影响汽车的正常工作，甚至酿成事故。

1 问题描述

我公司某SUV车型试制车，下线后在试车道上行驶5圈，前下臂后安装点的紧固螺栓力矩衰减19%-31%。力矩衰减后会进一步引起螺栓返松，引起底盘异响，引起顾客强烈的抱怨。前悬下摆臂安装点和安装示意图如表1和图1所示。

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表1 图1

2 原因分析

因安装部位采用M14*1.5六角法兰面螺栓+六角法兰面螺母，在发生衰减车辆发现，螺母端安装力矩点漆未发生旋转，由此可以判定力矩衰减为轴向力减小所致，即安装螺栓被拉长或者被夹紧部件发生塑性变形。经验证螺栓不存在拉长，且与其他车型共用，不存在问题。

此问题重点对配合件性能，从以下两方面进行调查：

2.1 理论校核

前下摆臂安装螺栓采用M14*1.5，安装力矩为210Nm，根据《QC/T518-2007汽车用螺纹紧固件紧固扭矩》安装扭矩与预紧力之间计算公式：T=KFD

式中：T――拧紧力矩，Nm;

K――扭矩系数;

F――预紧力，N;

D――螺纹公称直径，mm。

经过计算得F=87.6kN，经过计算得失效位置的承压面积S=302mm2，则此处应力=F/S=87600N/302mm2=290N/mm2。

经查摆臂支座材料为铝合金（牌号6082-T6），材料抗拉强度为310MPa ，屈服强度为260MPa，即失效位置在螺栓拧紧过程中应力超过材料的屈服强度。

2.2 试验验证

2.2.1 试验方法：将螺母对中放在样件上，在压力机上压螺母，测量压力与位移的曲线，并用千分尺测量试验前、后厚度变化。

2.2.2 试验结果：在压到68kN时，铝合金支座出现压痕，失效位置厚度变形量0.21mm。

综上：失效位置在螺栓拧紧过程中应力超过材料的屈服强度，铝合金支座被压变形，在车辆使用过程中铝合金支座发生蠕变，导致力矩衰减。

3 整改对策

因摆臂铝合金安装支座结构已经确定，只能通过增加与铝合金支座配合面的承压面积来降低铝合金支座的应力，同时由普通螺母更换为全金属自锁螺母，防止螺母反松。

设计方案：

方案一：开发非标全金属自锁螺母，增加螺母法兰面尺寸至32mm，因开发周期长，且成本高，此方案不可取。

方案二：在螺母端增加直径为32mm、厚度为2mm的垫片。螺母更换为全金属自锁螺母，垫片开发周期短，成本低，方案可行。

4 效果验证

4.1 经过理论计算，变更后失效位置处应力由290MPa降至236MPa。

4.2 在90kN的压力下铝座位置B厚度变形量为0.015mm，更改后的方案可以满足要求。

5 经验总结

现阶段力矩确定基本采用逆向思维的方式，依据参考标杆车拆解力矩，并结合国标《QC/T_518-2007_汽车用螺纹紧固件紧固扭矩》进行确定，其过程中缺少对关键配合部位力矩校核计算的过程;在铝制部件连接时，对螺栓夹紧力与材料屈服强度进行校核，保证材料所受应力小于材料屈服强度，防止在车辆使用过程中出现材料蠕变，导致的力矩衰减。同时在装车验证时，重点关注铝合金等轻量化材料部位力矩衰减的验证。

此问题反映出在产品零部件设计时，要充分识别零部件材料及其工作环境，并进行相关理论计算校核，防止在车辆使用过程中出现材料蠕变，导致的力矩衰减。在设计螺栓紧固连接过程中要特别注意，涉及铝合金的轻量化材料的摆臂、转向节等零部件螺栓、螺纹连接部位，必须进行配合件的力矩校核，同时考虑比较牢靠的防松方式，以便有效的降低力矩衰减对整车造成的失效风险。

参考文献：

[1]卜炎.螺纹联接设计与计算[M].北京：高等教育出版社，1995.

[2]徐兵.螺纹联接的松脱机理及其防松措施[J].现代零部件，2004，8：80～84.

[3]姚贵升.汽车金属材料应用手册[M].北京：北京理工大学出版社，2000.

[4]姚敏茹.螺纹联接防松技术的研究应用与发展[J].新技术新工艺，2006，6：26-28.

作者简介：

祝朋飞，男，身份证：130637198409211235，长城汽车股份有限公司技术中心。