某車型控制臂螺栓滑絲原因淺析

孫春光 張宏君

摘 要：某款車型在試制過程中，裝配控制臂時，安裝螺栓出現滑絲問題。本文章主要對產生此問題的原因進行分析。根據裝配要求，通過理論校核計算、強度試驗最終確定問題真因為控制臂軸套內管強度不足，其在裝配過程中軸套內管被壓潰，導致出現螺栓滑絲問題。

關鍵詞：滑絲；內管強度；壓潰

控制臂作為懸架系統中的導向結構，不但支撐車身重量，承受來自不平路面的沖擊，同時在行車過程中控制車輪姿態，保證車輪有正確的運動軌跡?？刂票蹖崿F上述功能除本身的可靠性外，其與相關零部件配合位置連接的可靠性同樣至關重要，連接失效后不但會行車異響，輪胎磨損，操穩變差，甚至造成事故。

我公司某款車型試制過程中裝配控制臂時，力矩打至（140～150）N.m后暫停上升，繼續緊固約720°后，力矩繼續上升至190N.m，個別螺栓出現滑絲問題，同時螺栓外露螺紋長度超過設計值。

1 故障件分析

1.1 故障件拆解測量

螺栓裝配過程中出現滑絲主要原因為：螺栓選取的規格與擰緊力矩不匹配；螺栓本身質量出現問題；力矩扳手存在異常，顯示值與實際值不一致；螺栓與螺母螺紋連接位置存在雜質；相連接零部件強度不足。通過現場排查驗證，可以排除前四方面原因，將原因鎖定在最后一項。為進一步確認真因，對故障件進行拆解，發現滑絲位置均位于螺栓螺紋根部，推斷螺栓打緊過程中，由于相連接零部件發生變形，螺母旋合至螺紋根部時力矩仍未達到設計要求，繼續打緊時導致螺栓出現滑絲。對拆解的零部件進行尺寸測量，發現零部件均發生不同變形量，具體統計見表1。

表1

[項目＼&軸套變形量＼&墊片變形量＼&支撐管變形量＼&螺栓拉伸變形量＼&總變形量＼&變形量（mm）＼&2.5 ＼&1 ＼&0.5 ＼&0.05 ＼&＼&數量＼&2 ＼&2 ＼&1 ＼&1 ＼&＼&合計（mm） ＼&5 ＼&2 ＼&0.5 ＼&0.05 ＼&7.55 ＼&]

由上表分析可得，軸套內管的屈服變形，即軸套內管壓潰是螺栓外露長度超差及滑扣的主要原因。

1.2 軸套內管壓潰分析 在螺栓擰緊力矩的作用下，軸套內管受軸向壓力F，根據材料屈服特性曲線的規律，當軸套內管在壓力F作用下，內部所受應力大于材料的屈服強度時，材料會產生塑性變形，即軸套內管被壓潰。故，為保證內管不被壓潰，軸套所承受的應力值σ不得大于材料的許用應力[σ]（ [σ]=σs*/n， σs為材料屈服強度，n為產品安全系數，n=1.2～2.2），即σ<[σ]。根據材料力學，內管所受應力σ=F/S，即材料的所受應力的大小與壓力F、面積S存在相應的關系。

內管材質屈服強度要求不低于335MPa，螺栓擰緊力矩為190N.m，根據《QC/T 518-2007 汽車用螺紋緊固件緊固扭矩》將擰緊力矩轉化為軸向力即：F=T/（K×d）。

式中：F——軸向力，單位為牛頓（N）；T——擰緊力矩 單位為牛米（N.m）；K——扭矩系數；d——螺紋公稱直徑，單位為米（m）。

失效位置的面積S=183.8mm2，經過計算，內管承受應力σ=F/S=75390N/183.8mm2=410N/mm2，其需用應力[σ]min=335MPa/1.2=279.2MPa，σ>[σ]即螺栓打緊過程中產生的應力超過了材料的需用應力。

經查擺臂支座材料為鋁合金（牌號6082-T6），材料抗拉強度為310MPa ，屈服強度為260 MPa，即失效位置在螺栓擰緊過程中應力超過材料的屈服強度。

1.3 故障件試驗驗證

表2

[標準尺寸62±0.2mm＼&1＼&2＼&3＼&4＼&5＼&6＼&7＼&8＼&9＼&10＼&裝配前

裝配后

變形量＼&62.1

59.86

2.24＼&62.14

59.68

2.46＼&62.08

59.96

2.12＼&61.98

59.72

2.26＼&62.04

59.52

2.52＼&62.1

59.58

2.52＼&62.08

59.78

2.3＼&62.06

59.64

2.42＼&62.14

59.68

2.46＼&62.12

59.8

2.32＼&]

軸套一端被固定，另一端施加力F，驗證10組數據，確認軸套內管變形量，見表2。通過理論計算及實際驗證，由于軸套內管材料強度不能滿足擰緊力矩要求導致被壓潰。

2 整改方案制定

由于許用應力與材料本身的強度存在正比關系，應力與零件截面面積存在正比關系，可以通過提高材料本身的強度提高許用應力，增加零件截面面積降低零件受力產生的應力。方案一：增加軸套內管截面面積至275mm2；方案二：軸套內管進行調質處理，加載100kN外力，內管長度變化量δ不超過其總長度的0.2%即δ≤ 0.13mm。受空間及軸套本身剛度限制，方案一無法實現，采取方案二。

3 方案驗證

在要求的軸向力加載下，內管變形量見圖1，其變形量可以滿足要求。經實際裝車驗證，螺栓滑絲問題消除，且拆解后測量軸套內管長度變化量，均小于0.13mm，見表3，方案可行，滿足整車要求。

圖1

表3

[序號＼&1＼&2＼&3＼&4＼&5＼&6＼&7＼&8＼&9＼&10＼&內管尺寸mm（裝配前）

內管尺寸mm（裝配后）

變形量mm＼&62.04

61.96

0.08＼&62

61.94

0.06＼&62

61.92

0.08＼&62.02

61.94

0.08＼&62

61.96

0.04＼&62.06

61.98

0.08＼&62

61.98

0.02＼&62

61.9

0.1＼&62

61.96

0.04＼&62.06

62.04

0.02＼&]

4 總結

①控制臂連接位置的可靠性直接影響車輛的行駛及安全，產品設計初期要根據整車的裝配力矩要求核算連接件的強度，針對薄弱及風險位置提前做出改進，對關鍵位置要有特殊要求，后期樣件制作時重點關注，及時跟蹤生產過程中的信息。②問題分析應現地現物，圍繞故障件進行展開，集思廣益。③從機理出發，分析關鍵特性。

參考文獻：

[1]機械設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2004.

[2]卜炎.螺紋聯接設計與計算[M].北京：高等教育出版社，1995.

[3]劉鴻文.材料力學[M].北京：高等教育出版社，1992.