关于汽车底盘螺栓连接力矩松弛的研究
徐建立李晓龙李肖张文勇
长城汽车股份有限公司技术中心河北省汽车工程技术研究中心
河北保定
071000
摘要:本文简要分析了螺栓连接力矩松弛的原因及表现形式，指出螺栓预紧轴力与轴套内管有效夹紧力和支架变形抗力之间的关
系，阐述了支架结构对刚度的影响，
提出了解决力矩松弛的思路。关键词:汽车底盘；螺栓连接；
力矩松弛螺栓连接由预紧力保证螺纹自锁，
具有结构简单、拆卸方便、连接可靠的优点，在汽车底盘产品中应用广泛。螺栓连接一般采用控
制力矩的方式间接实现预紧轴力的控制，
因此，如何防止力矩松弛对于整车安全性具有非常重要的意义。
1螺栓连接原理
汽车底盘产品装配过程中，运用力矩控制法将螺栓拧紧至设计力
矩，为螺栓提供一定的预紧轴力，实现夹紧功能。以图1为例，螺栓的预
紧轴力N Q 可分为两部分，一部分作用于轴套内管两端面，提供夹紧力
轴套内管端面存在夹紧力；一部分为支架变形抗力N F ，，使接触面产生摩擦力克服支架变形。在车辆行驶过程中，
f 及摩擦力矩Mf
由于。
图1螺栓连接示意图
螺栓预紧力与轴套内管端面夹紧力和支架变形抗力的关系如下：Q=F+N
Q 轴套内管端面与支架接触面摩擦力及摩擦力矩如下所示：为螺栓预紧力；F 为支架变形抗力；N 为轴套内管端面夹紧力。f=2μNMf=dmf/2dm=（d dm 为轴套内管内径、μ为轴套内管端面与支架接触面摩擦系数；1+d2）/2若f 和Mf 大于外载荷时，外径的平均值；轴套内管相对支架静止，
d 2为轴套内管外径。
d 1为轴套内管内径；
构件可以正常工作；若f 和Mf 小于外载荷时，轴套内管与支架存在相对运动。如果
把N 和Mf 称为有效载荷，
在Q 不变的情况下，若F 越小，则N 越大。2影响支架变形抗力的因素
支架的刚度与支架变形抗力成正比例关系，支架的结构决定了其刚度的大小，因此，支架的结构与其变形抗力存在着密切的联系，
笔者总结了影响支架变形抗力的因素，
板和双层板焊接两类，①支架壁厚不同，壁厚越大支架变形抗力越大；如下所示：双层板焊接结构的支架变形抗力较大；②支架分单层③盒
形支架开口的方位、面数和位置不同，决定了变形抗力的不同；④有
无卸荷槽或卸荷槽的深浅对变形抗力具有不同的影响；⑤支架的平面度、冲压或焊接后开口的回弹量及轴套内管与支架间隙的大小都对变形抗力具有不同的影响；⑥支架的冲压圆角R 越大，变形抗力越大。
螺栓打紧的过程中，支架存在着一定的变形，
消除内管端面与支架之间的间隙，
图2和图3分别表示支架的变形过程和变形抗力与变形量的关系。
如图2和图3所示，只有支架内侧与轴套内管端面达到A 变形抗力才会趋近于最大值。如果把F 2点接触之后，的最大变形抗力（实际上F A2作为支架A2也包含了此时内管两端面所受到压力
支架变形过程
变形抗力与变形量的关系
图2图3
的反力），就可以根据产品所承受的外载荷和试验测试的F 预紧轴力。
A2来确定3力矩松弛的原因
力矩松弛是螺栓连接最常见的失效形式，其失效的原因有很多，总结起来有以下3点：①预紧轴力不足。上文中提到轴套内管承
受的有效载荷N 和Mf 由螺栓预紧力提供，若预紧力不足，
轴套内管将会在外力的作用下与支架产生相对运动，
导致接触面的摩擦力降低，进一步降低螺栓预紧轴力，
表现形式就是力矩松弛。②多次小能量冲击。在车辆行驶过程中由于路况等外界因素，
底盘部件会不间断地受到变载荷、振动和冲击作用，在这种作用下，螺栓和螺母会产
生微小的轴向或横向相对滑动，多次、
反复的作用后，导致螺母回旋，力矩松弛。③支架局部塑性变形。在长时间的预紧力作用下，
支架表面的局部凸起点会逐渐发生塑性变形，
甚至是局部凹陷，在螺栓的紧固长度内预紧轴力减小，
导致力矩松弛。4防松措施
对于汽车底盘部件而言，螺栓连接的可靠性直接关系整车的安
全性，为此，许多院校和企业都进行了详细的研究，
例如，采用自锁螺母、增加开口销、双螺母防松、涂螺纹锁固胶等措施，
笔者从产品设计及工艺角度谈谈螺栓防松的应用措施：①设计支架时统筹考虑强
度、刚度及外载荷作用，采用合适的结构，
并且通过试验测试支架的变形抗力，从而设计出合理的拧紧力矩。②为避免支架表面局部塑性变
形，支架在冲压过程中必须进行整形处理，
并且要求其平面度、平行度、同轴度等在一定公差范围内。③支架和轴套内管选择合适的材料，保证在极限工况下受力不超过材料的屈服强度的80%。④在总装车间设置二次打紧工序，由于第一次螺栓打紧相当于对支架进行整形处理，使其获得良好的表面精度，再打紧之后避免了局部塑性变形与变
形抗力的作用，增加了轴套的有效载荷，
防止力矩松弛。5结语
本文以一款麦弗逊悬架的摆臂安装支架为例，
简要说明了螺栓连接的原理及影响支架变形抗力的因素，
分析了螺栓力矩松弛的原因，并且从设计和工艺角度阐述了预防力矩松弛的方法，
对汽车底盘螺栓连接结构的设计具有一定的借鉴意义。
参考文献[1]:
新，李维荣，
朱家诚. 螺纹紧固件防松技术探讨[J].机电产品开发与创[2]2006(6)姚敏茹2003(2)：26-28.
. ：螺纹联接防松技术的研究应用与发展15-17.
[J].新技术新工艺，·288·
“有效”
关于汽车底盘螺栓连接力矩松弛的研究
徐建立李晓龙李肖张文勇
长城汽车股份有限公司技术中心河北省汽车工程技术研究中心
河北保定
071000
摘要:本文简要分析了螺栓连接力矩松弛的原因及表现形式，指出螺栓预紧轴力与轴套内管有效夹紧力和支架变形抗力之间的关
系，阐述了支架结构对刚度的影响，
提出了解决力矩松弛的思路。关键词:汽车底盘；螺栓连接；
力矩松弛螺栓连接由预紧力保证螺纹自锁，
具有结构简单、拆卸方便、连接可靠的优点，在汽车底盘产品中应用广泛。螺栓连接一般采用控
制力矩的方式间接实现预紧轴力的控制，
因此，如何防止力矩松弛对于整车安全性具有非常重要的意义。
1螺栓连接原理
汽车底盘产品装配过程中，运用力矩控制法将螺栓拧紧至设计力
矩，为螺栓提供一定的预紧轴力，实现夹紧功能。以图1为例，螺栓的预
紧轴力N Q 可分为两部分，一部分作用于轴套内管两端面，提供夹紧力
轴套内管端面存在夹紧力；一部分为支架变形抗力N F ，，使接触面产生摩擦力克服支架变形。在车辆行驶过程中，
f 及摩擦力矩Mf
由于。
图1螺栓连接示意图
螺栓预紧力与轴套内管端面夹紧力和支架变形抗力的关系如下：Q=F+N
Q 轴套内管端面与支架接触面摩擦力及摩擦力矩如下所示：为螺栓预紧力；F 为支架变形抗力；N 为轴套内管端面夹紧力。f=2μNMf=dmf/2dm=（d dm 为轴套内管内径、μ为轴套内管端面与支架接触面摩擦系数；1+d2）/2若f 和Mf 大于外载荷时，外径的平均值；轴套内管相对支架静止，
d 2为轴套内管外径。
d 1为轴套内管内径；
构件可以正常工作；若f 和Mf 小于外载荷时，轴套内管与支架存在相对运动。如果
把N 和Mf 称为有效载荷，
在Q 不变的情况下，若F 越小，则N 越大。2影响支架变形抗力的因素
支架的刚度与支架变形抗力成正比例关系，支架的结构决定了其刚度的大小，因此，支架的结构与其变形抗力存在着密切的联系，
笔者总结了影响支架变形抗力的因素，
板和双层板焊接两类，①支架壁厚不同，壁厚越大支架变形抗力越大；如下所示：双层板焊接结构的支架变形抗力较大；②支架分单层③盒
形支架开口的方位、面数和位置不同，决定了变形抗力的不同；④有
无卸荷槽或卸荷槽的深浅对变形抗力具有不同的影响；⑤支架的平面度、冲压或焊接后开口的回弹量及轴套内管与支架间隙的大小都对变形抗力具有不同的影响；⑥支架的冲压圆角R 越大，变形抗力越大。
螺栓打紧的过程中，支架存在着一定的变形，
消除内管端面与支架之间的间隙，
图2和图3分别表示支架的变形过程和变形抗力与变形量的关系。
如图2和图3所示，只有支架内侧与轴套内管端面达到A 变形抗力才会趋近于最大值。如果把F 2点接触之后，的最大变形抗力（实际上F A2作为支架A2也包含了此时内管两端面所受到压力
支架变形过程
变形抗力与变形量的关系
图2图3
的反力），就可以根据产品所承受的外载荷和试验测试的F 预紧轴力。
A2来确定3力矩松弛的原因
力矩松弛是螺栓连接最常见的失效形式，其失效的原因有很多，总结起来有以下3点：①预紧轴力不足。上文中提到轴套内管承
受的有效载荷N 和Mf 由螺栓预紧力提供，若预紧力不足，
轴套内管将会在外力的作用下与支架产生相对运动，
导致接触面的摩擦力降低，进一步降低螺栓预紧轴力，
表现形式就是力矩松弛。②多次小能量冲击。在车辆行驶过程中由于路况等外界因素，
底盘部件会不间断地受到变载荷、振动和冲击作用，在这种作用下，螺栓和螺母会产
生微小的轴向或横向相对滑动，多次、
反复的作用后，导致螺母回旋，力矩松弛。③支架局部塑性变形。在长时间的预紧力作用下，
支架表面的局部凸起点会逐渐发生塑性变形，
甚至是局部凹陷，在螺栓的紧固长度内预紧轴力减小，
导致力矩松弛。4防松措施
对于汽车底盘部件而言，螺栓连接的可靠性直接关系整车的安
全性，为此，许多院校和企业都进行了详细的研究，
例如，采用自锁螺母、增加开口销、双螺母防松、涂螺纹锁固胶等措施，
笔者从产品设计及工艺角度谈谈螺栓防松的应用措施：①设计支架时统筹考虑强
度、刚度及外载荷作用，采用合适的结构，
并且通过试验测试支架的变形抗力，从而设计出合理的拧紧力矩。②为避免支架表面局部塑性变
形，支架在冲压过程中必须进行整形处理，
并且要求其平面度、平行度、同轴度等在一定公差范围内。③支架和轴套内管选择合适的材料，保证在极限工况下受力不超过材料的屈服强度的80%。④在总装车间设置二次打紧工序，由于第一次螺栓打紧相当于对支架进行整形处理，使其获得良好的表面精度，再打紧之后避免了局部塑性变形与变
形抗力的作用，增加了轴套的有效载荷，
防止力矩松弛。5结语
本文以一款麦弗逊悬架的摆臂安装支架为例，
简要说明了螺栓连接的原理及影响支架变形抗力的因素，
分析了螺栓力矩松弛的原因，并且从设计和工艺角度阐述了预防力矩松弛的方法，
对汽车底盘螺栓连接结构的设计具有一定的借鉴意义。
参考文献[1]:
新，李维荣，
朱家诚. 螺纹紧固件防松技术探讨[J].机电产品开发与创[2]2006(6)姚敏茹2003(2)：26-28.
. ：螺纹联接防松技术的研究应用与发展15-17.
[J].新技术新工艺，·288·
“有效”