转向节和轴承连接螺栓连接校核分析

1背景

研究对象以制动角中转向节与轴承连接螺栓为例进行螺栓连接案例分析。

2螺栓连接对标分析

这个地方螺栓有些车型是采用3个，有些车型采用4个螺栓。

当然拧紧方式也不一样，有些车型采用扭矩法拧紧，有些车型采用过屈服的扭矩转角法拧紧。

途观车型4个M12x1.5螺栓，拧紧到70Nm+90°。

凯美瑞车型采用4个螺栓，扭矩法拧紧拧紧扭矩为80Nm。

由此可见，不同常见选用螺栓规格，拧紧方式，甚至螺栓的数量都是有差异的。下面我们就采用SD Pro螺栓计算分析软件来详细分析计算该螺栓连接的正常受载设计过程。

3螺栓连接受力分析

汽车在制动时候会产生质量转移分析

按照该公式分析车辆制动时候的质量转移，制动时候前轮等效质量增加。

某车型整车参数如下表，

按照制动后质量转移后前轮的质量为992.6kg。

前轮垂向力为9.926kN，

前轮垂向质量9.926/10=992.6kg

制动加速度按照0.7g

横向加速度按照0.7g

由于轴承不能传递扭矩，制动时候的制动力（制动扭矩）不会传递这个转向节与轴承的连接螺栓上，扭矩会通过制动卡钳传递到转向节上面，转向节通过结构来抵抗这个扭矩，制动扭矩不会传递到转向节与轴承连接螺栓上面。

转向节与轴承连接螺栓会承受过坑时候的垂向冲击力，一般情况下过坑和制动不会同时出现，假设以最大速度运行过坑按照SUV车型最大5g过坑的冲击加速度，这样工况对这个螺栓连接来说也算是最大可能的载荷工况，此处，不考虑制动质量转移。

这样，不考虑质量转移，仅仅按照整车最大重量平均分配到4个轮子上，这样每个轮子质量为3160kg/4=790kg。

5g过坑加速度的载荷为：790*5*10=39500N。

设计3个螺栓情况：

此处如果设计为3个螺栓，则按照假设每个螺栓平均受力，每个螺栓受力为39500/3=13166.666667N，这样情况下转向节与轴承之间结合面摩擦系数假设为0.25，螺栓那种载荷要求需要的预紧力为13167/0.25=52668N，这样就考虑M12x1.5-10.9螺栓，至少拧紧到过屈服阶段才能满足要求。

设计4个螺栓情况：

此处如果设计为4个螺栓，则按照假设每个螺栓平均受力，每个螺栓受力为39500/4=9875N，这样情况下转向节与轴承之间结合面摩擦系数假设为0.2，螺栓那种载荷要求需要的预紧力为9875/0.25=39500N，这样就考虑M12x1.5-10.9螺栓，扭矩公差设置小一些，基本可以采用扭矩法拧紧可以满足要求。

当然实际设计时候，如果过坑加速度更小一些，这个螺栓需要的预紧力也可以更小。

4采用4个螺栓用螺栓计算软件SD Pro进行计算

计算和输入过程如下：

螺栓连接输入以后示意图如下：

扭矩法拧紧最大拧紧扭矩计算结果为：126.84Nm，设定扭矩按照115Nm±10Nm进行拧紧。

按照115Nm±10Nm拧紧，最小预紧力为38.825kN，最大预紧力为70.851kN，检查最小抗滑移安全系数为0.94，存在滑移风险。因此要采用扭矩法拧紧实际极限情况下，会有较小概率的滑动风险，建议可以考虑采用转角法拧紧。

采用扭矩转角法拧紧按照70Nm+90°进行拧紧，拧紧后的预紧力为68.32-87.095kN，拧紧扭矩范围为128.8-218.9Nm。扭矩转角法拧紧后计算各项安全系数满足要求，抗滑移系数最小为1.65，也能满足要求，没有抗滑移风险。

5采用3个螺栓用螺栓计算软件SD Pro进行计算

计算和输入过程与上面基本一致，仅仅载荷改为3个螺栓的载荷，如下：

此时只能采用过屈服扭矩转角法拧紧，否则抗滑移安全系数非常低，会有较大概率存在滑移的风险。采用扭矩转角法拧紧，工艺仍然可以设定为70Nm+90°。

计算后各项安全系数都是能够满足要求，抗滑移安全系数最小为1.24，能够满足要求。

6总结

对于类似转向节和轴承螺栓连接，只要确定了载荷大小，通过螺栓计算软件SD Pro可以快速进行校核，并可以确定扭矩法和转角法工艺，分析哪种拧紧方式是能够满足要求。

对于转角法拧紧可以给出预紧力和扭矩的范围，该扭矩范围可以作为监控窗口的初步范围。

这个就是整个转向节与轴承螺栓连接的一个完整详细分析计算过程，载荷确定和详细计算分析，如果有限元给出每个螺栓的载荷大小，可以直接输入载荷大小，计算就更加方便。

对螺栓计算软件SD Pro感兴趣，欢迎联系交流。