【車橋設(shè)計(jì)參考資料】車橋緊固件預(yù)緊力和預(yù)緊力矩計(jì)算

（僅供參考）-20200216本計(jì)算以一個(gè)實(shí)際車橋懸架安裝的緊固螺栓為例子，說明預(yù)緊扭矩和預(yù)緊力的折算過程。同時(shí)推導(dǎo)出這種配置下，螺栓的安全系數(shù)。同時(shí)結(jié)合受力工況的載荷值判斷可行性。方便以后設(shè)計(jì)計(jì)算參考。注：本計(jì)算只是為參考案例，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)建議結(jié)合車輛的市場(chǎng)定位，及各個(gè)使用區(qū)域工況的差異性，同時(shí)結(jié)合市場(chǎng)故障反饋，修訂出所需要的螺栓規(guī)格，必要時(shí)需要加大螺栓的規(guī)格。因?yàn)榱慵诰o固后，再結(jié)合螺栓的實(shí)際載荷副，加上載荷波動(dòng)的頻率，可能需求的可靠性和疲勞壽命是不同的。距離一個(gè)經(jīng)常在地面坑坑洼洼，且坡度和轉(zhuǎn)彎很多的情況是，需求的產(chǎn)品性能比好路況行駛的車輪要高一個(gè)級(jí)別。參考公式如下：（注：。）1，計(jì)算舉例：8氣囊空氣懸架緊固螺栓預(yù)緊力校核計(jì)算:車橋軸荷13T，實(shí)際使用滿載橋荷10T；氣囊托架與車橋連接螺栓螺紋規(guī)格M22X1.5，擰緊力矩是650±50N，采用的施必牢螺母。螺栓為10.9級(jí)螺栓。2,計(jì)算參考的公式和資料：通常規(guī)定，擰緊后螺紋連接件在預(yù)緊力作用下產(chǎn)生的預(yù)緊應(yīng)力不得超過其材料的屈服極限。s的80%。對(duì)于一般連接用的鋼制螺栓連接的預(yù)緊力P0，推薦按下列關(guān)系確定：P0<（0.5?0.6）氣*氣（公式1）螺紋最小截面應(yīng)力計(jì)算公式（下式F為上面提到的P0,只是各個(gè)資料寫的代號(hào)不一樣）：但對(duì)普通螺紋，其計(jì)算公式為：一】_<⑹（參見《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本P105）4費(fèi)時(shí)』婦一一4' 4均布預(yù)緊力和預(yù)緊力矩折算：Mt=K*P0*d*0.001（公式2）普通螺紋基本牙型D 內(nèi)爆紋大徑】H=—=0+866025404P-：-=0+2165O63I5FLlI」d——外螺紋大徑F

3,計(jì)算過程如下：?根據(jù)選定規(guī)格的螺栓，從許用屈服系數(shù)折算擰緊力矩:表1：名稱代號(hào)單位值備注螺栓材料屈服極限osN/mm*2900屈服系數(shù)0.5392需要折算一個(gè)實(shí)際經(jīng)常使用的預(yù)緊扭矩值，然后反推此值。同時(shí)需要結(jié)合設(shè)計(jì)組件的工作狀態(tài)，明確在受載荷情況下應(yīng)力的變化范圍，以確定所需要的值。許用屈服強(qiáng)度。0Mpa485.28應(yīng)力截面積As/mm2308.995螺紋部分危險(xiǎn)破面計(jì)算直徑dsmm19.835有的資料推薦采用d3進(jìn)行計(jì)算。而非按ds=(d2+d3)/2螺距Pmm1.5此處是用常用的M22*1.5的車輪螺栓作為例子螺紋公稱直徑/mmmm22螺紋大徑/mmdmm21.675注：右邊的計(jì)算公式中的d是公稱直徑理想60。三角形螺紋牙型高度Hmm1.299螺紋小徑dlmm20.051螺紋中徑d2mm20.701機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中定義用于計(jì)算螺桿強(qiáng)度用到的一個(gè)直徑值d3mm19.835預(yù)緊力PoN149949.114系數(shù)K0.2擰緊力矩MtN.m650.037?根據(jù)規(guī)定的扭矩推算預(yù)緊力范圍:表2擰緊力矩Nm650中值預(yù)緊力Nm149949擰緊力矩Nm600最小預(yù)緊力Nm138415對(duì)應(yīng)屈服系數(shù)0.50擰緊力矩Nm700最大預(yù)緊力Nm161483對(duì)應(yīng)屈服系數(shù)0.58

判斷預(yù)緊力范圍為：138415~161483N，中值在149949N。用表1可推算屈服系數(shù)在0.50~0.58。在（公式1）推薦的范圍內(nèi)。車輛使用中：a，根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，最大垂直載荷為靜載荷（額定載荷）的2.5倍，折算每個(gè)螺栓的載荷為:滿載載荷（指地面受到的載荷）kg10000車橋自重kg630氣囊懸架對(duì)蓋板的載荷kg9370載荷系數(shù)2.5直線行駛時(shí)，垂直最大動(dòng)載荷N229565直線行駛時(shí)，單側(cè)受到的垂直最大動(dòng)載荷N114782.5每個(gè)螺栓/螺母的最大載荷N28695.625b，側(cè)滑時(shí)的計(jì)算如下（假設(shè)地面附著系數(shù)為0.8）：側(cè)滑系數(shù)0.8輪距mm1800質(zhì)心高mm1000懸架中心距mm950本計(jì)算假設(shè)氣囊和橋殼蓋板中心重合。若有偏置時(shí)需考慮彎矩，此時(shí)單側(cè)4個(gè)螺母受到的力不同。輪胎滾動(dòng)半徑mm500懸架托架受力點(diǎn)與橋殼中心距離mm95懸架托架受力點(diǎn)與地面的距離mm405側(cè)滑時(shí)受力大的一側(cè)的受到的最大垂直載荷N95016.15789每個(gè)螺栓/螺母的最大載荷N23754.03947通過上述計(jì)算，可以看出單個(gè)螺栓的最大拉力值為28695N。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)中關(guān)于螺栓受載時(shí)，給出的公式及建議經(jīng)驗(yàn)值如下:——-—F0+1為保證連接的緊密性，防止蓮接受裁后接合面間產(chǎn)牛縫隙，應(yīng)使F,>0』推渡柔用的氣為；對(duì)于有密封性要求的連接「此=（1一5-1』）心對(duì)于一股連接，工作栽荷隱定時(shí).久=〔0.2-。.《6）心匚作載荷不糠定時(shí).孔二（06~1.0）七對(duì)于地腳蝶栓連接,:?式中廠稱為螺桂的相對(duì)剛度.其大小云螺檢和被連摟件的結(jié)梅尺寸、所料以.發(fā)墊口上十七. 片.T作載而確位置等因素有關(guān)，其值在0-1之間變動(dòng)』若被挫接件的剛度很大’而螺栓的榭度f艮?。ㄈ缂?xì)長(zhǎng)的或中卒螺柱｝,則螺栓的相對(duì)剛度趨于零.此時(shí).「作栽荷作用后.使螺栓所受的總拉力增加很少〉反對(duì)來，當(dāng)螺栓的相對(duì)剛度較大時(shí)，則工作載荷作用后，群使螺栓所受的總拉力有較大的增加。為了降低螺栓的受力，提高媒樓連摟的承載能力，應(yīng)使C ￡五%值盡量小些.值可通過計(jì)算或?qū)嶒?yàn)確定。一般設(shè)計(jì)時(shí)'可根據(jù)墊片材料不同使用下列推薦數(shù)據(jù)：金膜口片〔或無墊片）027.3：皮革蟄片0.7；銅皮石棉蟄忤。.8」橡膠墊.片。一％ 」 可逆向推出螺栓總軸向力=殘余預(yù)緊力+工作拉力=1.0*28695+28695=57390N另，螺栓總軸向拉力=預(yù)緊力+0.2*工作拉力，可得預(yù)緊力=57390-0.2*28695=51652N此值和之前根據(jù)實(shí)際選用螺栓的預(yù)緊力矩計(jì)算的預(yù)緊力中值149949（最大161483N）相比，只有34.4%(32.0%)。螺栓最大載荷（工作拉力）N28695.625根據(jù)機(jī)械手冊(cè)給出的建議，折算的總軸向拉力N57391.25折算系數(shù)為（0.6~1.0）工作拉力折算的最小所需預(yù)緊力N51652.125螺栓總軸向拉力=預(yù)緊力+0.2*工作拉力（系數(shù)推薦值在0.2~0.3）折算的預(yù)緊力與實(shí)際的中值預(yù)緊力比值34.4%折算的預(yù)緊力與實(shí)際的最大預(yù)緊力比值32.0%即產(chǎn)品選用的螺栓，在現(xiàn)有最大預(yù)緊扭矩的情況下，疊加上最大工作力之后，占屈服的比例為0.56+0.56*(0.2*28695)/161483=0.60則實(shí)際選用螺栓在最大預(yù)緊力+工作載荷時(shí)，與屈服強(qiáng)度的比值為0.60注：此部分的計(jì)算只是按書上給的系數(shù)簡(jiǎn)單折算的，所以僅供參考用。需要結(jié)合實(shí)際產(chǎn)品的表現(xiàn)作出最終的判斷。kl?P藥igner總結(jié)：i,前面的計(jì)算看出參考機(jī)械設(shè)計(jì)，通過工作載荷，然后結(jié)合推薦系數(shù)折算的預(yù)緊力是小于我們目前通常選用的螺栓的，這和產(chǎn)品的市場(chǎng)應(yīng)用及反饋有關(guān)。當(dāng)選用較大號(hào)螺栓和較大的預(yù)緊力時(shí)，與工作載荷疊加后，其殘余預(yù)緊力與初始預(yù)緊力的占比會(huì)小很多，同時(shí)螺栓受拉的拉力幅值變化相對(duì)預(yù)緊力本身也小很多。這樣螺栓的可靠性和壽命會(huì)有很好的改善。但此時(shí)應(yīng)該綜合考慮被連接件的剛度。不能因?yàn)榫o固力提高了，而導(dǎo)致被連接件的應(yīng)力值超過被連接件的屈服甚至抗拉，就不合適了。需要在設(shè)計(jì)中根據(jù)具體產(chǎn)品進(jìn)行總結(jié)，以使產(chǎn)品有更好的性能表現(xiàn)。2，本計(jì)算推導(dǎo)出了一個(gè)螺栓緊固件在實(shí)際使用案例中其預(yù)緊力和載荷的關(guān)系，可結(jié)合公司實(shí)際的情況修訂自己的系數(shù)，制定自己的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；3，本計(jì)算只是計(jì)算了螺栓本身的受力，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，同時(shí)還需要考慮被連接件的剛度。前面的懸架截圖中采用了4個(gè)U型螺栓，若因?yàn)閼壹芘渲玫脑?，采?個(gè)直螺栓連接，此時(shí)螺栓連接上蓋板的剛度性能是很重要的，若螺栓前后跨度太大，而蓋板設(shè)計(jì)的自身剛度沒有優(yōu)化好（剛度查），后期，螺栓的預(yù)緊扭矩和預(yù)緊力是會(huì)有明顯的衰減的。輕微的會(huì)導(dǎo)致客戶抱怨（需要按周期的補(bǔ)充預(yù)緊扭矩），嚴(yán)重的可能會(huì)有安全隱患。4，因此螺栓受螺栓軸向載荷，在得知其載荷最大值時(shí)，可以根據(jù)載荷大小和載荷幅值范圍，計(jì)算螺栓的疲勞壽命。本計(jì)算沒有計(jì)算。后期若有時(shí)間再補(bǔ)充上。5，此螺栓的校核因?yàn)榫o固螺紋都是緊固件本身的。緊固件本身在