某卡車板簧懸架U型螺栓設計

王成立，洪學臣，楊鞏

某卡車板簧懸架U型螺栓設計

王成立，洪學臣，楊鞏

（安徽江淮汽車股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

鋼板彈簧懸架是卡車最常用的懸架形式，其結構簡單，成本低廉，具有良好的承載性能。板簧懸架通過鋼板彈簧連接車架（或車身）與車橋，鋼板彈簧與車橋通過U型螺栓連接。U型螺栓的強度，打緊力矩影響著鋼板彈簧的使用壽命和整車的安全性能。

卡車；鋼板彈簧；U型螺栓

CLC NO.: U463 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)16-69-03

前言

U型螺栓是將鋼板彈簧固定在車橋上的聯接部件，是懸架緊固件的一種。U型螺栓的作用是連接鋼板彈簧和車橋，是影響整車安全的重要零件。若螺栓發生斷裂，會造成行駛車輛車輪飛出，導致事故；即使U型螺栓力矩產生衰退，也會造成鋼板彈簧的早期斷裂，影響承載性能。

1 螺紋的主要參數

騎馬螺栓螺紋均為圓柱螺紋。現在以圓柱普通螺紋的外螺紋為例說明螺紋的主要幾何參數。所示：

大徑d——螺紋的最大直徑，在標準中定為公稱直徑。

小徑d1——螺紋的最小直徑，在強度計算中常作為螺桿危險截面的計算直徑。

圖1

中徑d2——通過螺紋軸向截面內牙型上的溝槽和凸起寬度相等處的假想圓柱面的直徑，近似等于螺紋的平均直徑。中徑是確定螺紋幾何參數和配合性質的直徑。

線數n——螺紋的螺旋線數目。沿一根螺旋線形成的螺紋稱為單線螺旋；沿兩根以上的螺旋線形成的螺紋稱為多線螺紋。常用的聯接螺紋要求自鎖性，故多用單線螺紋。

螺距P——螺紋相鄰兩個牙型上對應點間的軸向距離。

導程S——螺紋上任一點沿統一條螺旋線轉一周所移動的軸向距離。單線螺紋 S = P，多線螺紋 S = nP。

牙型角α——螺紋軸向截面內，螺紋牙型兩側邊的夾角。

表1 常用騎馬螺栓選用材料與疲勞極限

2 螺紋聯接件設計方法

螺紋聯接件的設計主要是根據螺紋聯接件受力分析所確定的螺栓所受最大工作力，計算螺栓聯接所需螺紋直徑。具體設計流程如下：

圖2

3 計算例

以某卡車車型為例，設計后鋼板彈簧懸架U型螺栓，其結構如圖所示。車架上，其結構尺寸如表所示，設計此螺栓聯接并選擇螺栓。

圖3

圖4

表2 計算參數

鋼板彈簧通過兩個U型螺栓，共4處螺紋連接后橋，根據圖二受力簡圖和表格數據，考慮沖擊載荷，沖擊倍數n=2.5，計算U型螺栓出受力F：

計算螺紋直徑

選擇螺栓材料為40Cr，性能等級為8.8，查標材料手冊可得螺栓材料的抗拉強度為：

螺栓直徑的計算公式為：

確定許用應力：

對于不控制預緊力的緊螺栓聯接安全系數[s]=5～2.5，取[s]=4；根據螺栓性能等級和材料抗拉強度計算騎馬螺栓屈服極限：

根據d1≥12mm，查標準件手冊可得螺栓的規格為M16 (d1=13.835mm)。

螺栓擰緊力矩確定

根據機械設計手冊，為了滿足螺栓的預緊力要求，確定螺栓的擰緊力矩M，如下：

式中：

Dk——支撐面等價扭矩直徑，mm；

dw——螺栓法蘭外直徑，mm；

dh——安裝孔直徑，mm；

d2——螺栓中徑，mm；

P——螺距，mm；

u——螺栓摩擦系數，對于安全件螺栓取0.1～0.16；

S——許用安全系數，通常取1.2～1.5；

F0——系統需要的預緊力，N。

預緊力的大小需根據螺栓組受力的大小和連接的工作要求決定。設計時首先保證所需的預緊力，又不應使連接的結構尺寸過大。一般規定擰緊后螺紋連接件預緊應力不得大于其材料的屈服點σs的80%。對于一般連接用鋼制螺栓，推薦的預緊力F0計算如下：

校核確定的擰緊力矩是否超出螺栓的動態屈服力矩確定螺栓的擰緊力矩是否超出了螺栓規格所能承受的動態屈服力矩，具體計算如下：

式中：

FY——屈服軸向力，N；

Dk——支撐面等價扭矩直徑，mm；

σs——螺栓屈服強度，Mpa；

A0——應力截面積，可通過GB/T3098.1標準查閱，mm；

d2——螺栓中徑，mm；

d0——危險截面直徑，mm；

umin——螺栓的最小摩擦系數，取0.1；

MY——螺栓的屈服扭矩，N·mm；

Dk——支撐面等價扭矩直徑，mm。

經過計算螺栓確定的最大擰緊力矩M必須要滿足M≤MY，不然會引起螺栓的失效。

4 結語

U型螺栓是影響車輛安全的重要零件，對涉及安全的緊固件校核尤其要重視。螺紋聯接件在懸架以及整車上應用十分廣泛，種類繁多，不同螺紋聯接件尺寸規格，性能規格等均有國標可查，在進行設計時，需查閱相關手冊，選擇合適的聯接件。

參考資料

[1] 酒井智次.螺紋緊固件聯接工程[M].北京：機械工業出版社.2016.

[2] 濮良貴,紀名剛.機械設計(7版)[M].北京∶高等教育出版社,2003∶ 44.

[3] 余志生.汽車理論[M].北京∶機械工業出版社,2000.

[4] 陳家瑞.汽車構造[M].下冊.人民交通出版社.1996.

A truck leaf spring suspension U-bolt design

Wang Chengli, Hong Xuechen, Yang Gong
( The Center of Technology of Jianghuai Automobile Co. Ltd, Anhui Hefei 230601 )

Leaf spring suspension is the most common form of suspension truck, simple structure, low cost, and has a good bearing performance. The suspension through leaf spring connection frame and axle, leaf spring and axle through the U-bolt connection. The strength of the U-bolt and fastening torque affects the service life of leaf of leaf spring and the safety of the vehicle .

Truck; leaf spring; U-bolt

U463

A

1671-7988(2017)16-69-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.16.025

王成立，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心。