做家：王晓斌①黄炽凯①严星①许宝强①卢俊康①张大平②（①广州汽车团体股分有限公司汽车工程钻研院，广东广州；②上海华测智科材料技艺有限公司，上海）
螺栓螺母连接模样是整车安装中运用最为遍及的可拆式连接之一⑴。在本质安装历程中最罕用的为扭矩节制法，经过对螺栓或许螺母施加扭矩⑵，拧紧历程中需求征服罗纹冲突扭矩及支承面冲突扭矩,末了变化为轴向预紧力。影响预紧力要素有许多，如罗纹冲突系数、支承面冲突系数、被贯通件材料及支承面冲突直径等⑶。汽车底盘多处贯通地方采取螺栓螺母配对贯通模样,本质安装拧紧历程是按照操纵方便性举办拧紧，这就形成拧紧螺栓和拧紧螺母形成的预紧力能否一致是个疑问,外界对拧紧两者对轴向预紧力的影响钻研也较少。故本文经过筹划钢-钢,钢-铝贯通布局钻研拧螺栓和拧螺母对轴向预紧力的影响，钻研成绩对整车制作提高安装贯通原料具备重要指示意义。
1实验历程
1.1实验材料及属性
拧螺栓和拧螺母实验所用到的实验材料囊括钢板、铝合金转向节及罗纹紧固件，见图1。QSTE钢板规格为mmX40mmX6mm,—共8块，每块钢板5个通孔，孔径为14mm且表面举办镀黑漆解决;A商标的铝合金后转向节为量产状况，选两孔（1#孔和2#孔）开展拧紧实验，孔径均为14mm,厚度为35mm,该两种材料均为汽车底盘件重要用材。本实验所采取的六角法兰面螺栓规格有两种，别离为M12X1.25x60-10.9和M12X1.25x35-10.9,六角法兰面螺母为M12x1.25-10,法兰面外径均为23.8mm,表面为达克罗解决，冲突系数领域为0.1-0.16,其余力学功用参数见表1。
1.2实验测试计划及安装
本实验基于钢对钢贯通、钢对铝贯通开展实验，方针主如果考证被贯通件材质不一致能否对实验成绩形成影响，别离对螺栓及螺母压钢4种状况举办拧紧实验并编号,每种状况举办10个拧紧实验，实验开展计划见表2。
实验欺诈德国Schatz模仿安装实验系统对螺栓和螺母别离奉行拧紧,拧紧历程中同时欺诈螺栓预紧力衡量仪衡量轴向预紧力,实验安装见图2。按照声弹性旨趣创造超声波声时差与轴向预紧力之间的彼此干系,欺诈超声波在螺栓介质中流传时差得到轴向预紧力⑷。分离实验钢-钢支承面厚度12mm和钢-铝支承面厚度41mm状况举办轴力标定。两种规格六角法兰面螺栓标定弧线见图3,两者屈就扭矩约为85kN。
1.3拧紧实验
遵从上述实验计划,对四种贯通状况举办拧紧实验,欺诈功装将被贯通件举办静止,拧紧螺栓时静止螺母防范跟转，反之静止螺栓。拧紧设施转速设定为20r/min,标的扭矩T为N?m,拧紧历程中超声波设施及时衡量预紧力F,最后输出扭矩-预紧力（T-F）弧线，个中3#实验剔除一组失真数据，见图4。
图4四种贯通状况拧紧弧线
同时纪录拧紧至T=N-m时实行的轴向预紧力F,见表3,并输出几率图5。成绩说明在该实验数据服务正太散布前提下,两种贯通状况拧螺栓较拧螺母实行的预紧力均大20%左右。
2实验成绩解析
2.1实验形势
在拧紧螺栓与拧紧螺母实验历程中，螺栓螺母的法兰面与钢板存在冲突挤压,以致钢板与螺栓螺母法兰面形成不同水平压痕，如图6。
由图6a可知,螺栓拧紧历程中螺栓法兰面与钢板齐备来往，以致钢板上压痕为全面法兰面形态；由图6b可知，螺母法兰面内圈并未与钢板贴合，故压痕为外圈环形,与钢板上环形态态一致。
2.2实验数据解析
欺诈MATLAB软件对上述拧紧实验数据举办线性拟合，输出扭矩系数K,见表4。扭矩系数可用国标GB/T.2-(罗纹紧固件紧固公则》⑸中的抒发式:
面冲突扭矩等效直径;a为罗纹牙侧角。dw为来往的支承面外径;dh为来往的支承面内径。
由表4可知，针对钢-钢贯通布局与钢-铝贯通布局,拧螺栓扭矩系数均值别离为0..0.2,拧螺母扭矩系数均值别离为0..0.,拧螺栓扭矩系数约为拧螺母扭矩系数的85%。分离公式(1)可知两种拧紧状况下，冲突系数及牙侧角等参数一致,等效支承面外径Dw是以致扭矩系数不一致的重要缘故。
国标GB/T-与GB/T.1-文献中规章六角法兰面螺栓及螺母法兰面锥度领域均为0~1°30\锥度可经过法兰面表里圈高度差直接示意为0?0.12mm,欺诈三坐标衡量仪实测10组两者法兰面表里圈高度差数据，见表5。
数据显示两者法兰面表里圈高度差出入较大但均餍足国标技艺请求，也许缘故是由冷辙和热解决工艺以致。螺母法兰面锥度较大以致拧紧历程法兰面仅压外圈，与实验压痕形势相切合。
3有限元解析
为详悉模仿螺栓和螺母法兰面压钢应力散布，参照表5实测法兰面表里圈高度差(取螺栓0.02mm、螺母0.07mm)创造三维实体模子，欺诈Abaqus软件敞开有限元解析，螺栓、螺母及钢板弹性模量均为GPa,泊松比取0.27o法兰面与钢板来往面配置M=0.15的罚函数小滑动冲突属性⑹，钢板底部施加静止畛域前提,参照表3实测预紧力数值对螺栓施加45kN、螺母施加35kN的预紧力，使有限元解析与本质状况趋近,筹划成绩如图7所示。
经过图7a也许看出,螺栓最大应力地方为螺杆与
法兰面贯通圆角处⑺，钢板最大应力地方则为对应通孔内圈，两者均未高出其屈就强度;钢板应力散布为法兰面形态,则说明法兰面与钢板齐备来往,支承面表里径别离为14mm和23.8mmo
从图7b可看出螺母最大应力为MPa,等效塑性变形为0.28%,在可采纳领域内。分离螺母应力散布可知螺母拧紧历程中法兰面与钢板为外圈来往，最大应力地方产生在通孔外径约23mm处。
图7有限元模子应力散布云图
螺栓和螺母支承面外径均为23.8rrnn,支承面内径别离为14mm与23mm,冲突系数为0.15,则螺栓与螺母扭矩系数别离为0.21与0.,与表4实验成绩相对差错为5%,说明有限元解析成绩与本质状况根底切合。
4结语
(1)基于钢-钢,钢-铝贯通布局拧螺栓和拧螺母实验钻研，得出拧螺母较拧螺栓实行预紧力约小20%。
(2)对实验数据举办线性拟合输出扭矩系数，分离扭矩系数公式,钻研得出支承面冲突扭矩等效直径是以致扭矩系数不一致重要缘故，即两者法兰面表里圈高度差存在肯定水平不同。
(3)采取有限元模子对实验加载举办模仿仿真,螺栓法兰面与钢板齐备贴合,螺母法兰面外圈与钢板个别来往,对照发觉解析成绩与实验成绩切合杰出,说明有限元模子是牢靠的。
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