一个定扭矩法变更为扭矩转角法的实例分析

紧固件在汽车上的应用非常广泛，汽车总装进行装配时，其中约70%的零件都是通过紧固件连接到一起的。

汽车紧固连接中，最常见的方式是通过紧固件提供夹紧力，将两个或多个零件连接在一起，如螺栓-螺母连接。

因为紧固件都在某种程度上实现了标准化，螺栓的螺距、强度、摩擦系数都是有明确定义的，在一定的扭矩策略下，它的最小预紧力是可以确定的，而且紧固件的材料强度都是高于被连接件的。

所以,在连接失效时，虽然最后的失效形式表现为螺栓、螺母松动甚至断裂，但大多时候并不是紧固件的质量有问题，而是初始的紧固工艺设计不合理，还有被连接件设计不佳，或者制造质量有缺陷，使零件间的匹配不好，导致接头在工作载荷下发生夹紧力的衰减，引起连接失效。

今天，螺丝君通过某车型下摆臂和稳定杆连接接头的安装扭矩设计变更过程，说明拧紧工艺不合理，被连接件-下摆臂的制造质量误差如何影响连接接头的紧固质量。

在考虑被连接件-下摆臂的工艺性和制造成本的前提下，为了提高下摆臂制造质量对于连接接头的可靠性，将拧紧工艺从定扭矩法改为扭矩转角法，解决接头扭矩衰减失效造成的异响、松动问题。

01

问题描述

2020年5月某车型在执行扭曲路的试验中，车尾部底盘处有咯吱、咯吱异响，排查发现下摆臂和稳定杆连接杆接头有螺母松动痕迹，断开连接杆后进行试验异响消失，判断异响与下摆臂和连接杆的接头配合有关。

按设计扭矩35±3N.m拧紧后试验，异响仍然存在；更换新的下摆臂臂按35±3N.m打紧后，扭曲路试验异响消失，试验结束后，检查发现接头还有螺母松动痕迹。

02

原因分析

下摆臂和连接杆是被螺栓和螺母紧固连接在一起的，如果有足够的夹紧力，应该像一个零件一样运动。异响实际是夹紧力不足，两个零件有松动滑移摩擦产生的。

通过故障现象和产品结构分析，识别出五个造成夹紧力不足的主要因素：

2.1 拧紧扭矩设计值核算和摩擦系数核查

在整车的开发中，工程师更重视零部件的可靠性设计，往往不重视连接点的设计和计算，螺栓螺母的拧紧扭矩采用的是经验值。

每次有连接失效，首先，就是核算扭矩值的合理性。

经过典型路况分析，螺栓的预紧力不能全部满足扭曲试验的载荷要求。

2.2 螺栓抽检同批次的螺栓螺母，摩擦系数符合m=0.120.18的要求。

表2 螺栓摩擦系数试验测量数据

2.3 检查下摆臂的U型开口尺寸和衬套长度匹配

图纸要求值60-60.8mm实际值60.88mm，下摆臂的U型开口尺寸，超出上偏差,紧固后的接头有残余间隙。衬套长度合格。

2.4 摆臂平面度确认

图纸要求中心孔Φ18mm面轮廓度0.3mm, 实测值螺母接触面直径约为Φ16mm，螺母接触区域明显没压平,未装配的零件面轮廓度实测值0.4mm。

2.5 下摆臂螺栓安装孔尺寸和位置度确认

用卡尺测量下摆臂φ8.5安装孔和它的对侧孔，尺寸合格,用检具检测两个孔的位置度,位置公差符合要求。

03

主要原因分析

使连接接头松动的原因，有两个：

3.1 当螺栓摩擦系数（μ=0.120.18）偏大，预紧力会偏小，下限值的预紧力不能满足扭曲试验的载荷要求。

但是，这个M8螺栓利用率已经达到94%，扭矩353Nm已经不能再提高，否则当摩擦系数偏小时，螺栓有拉断可能。

换大规格的螺栓不仅会带使螺栓螺母的成本上升，还涉及修改下摆臂的模具，成本更高。

3.2 下摆臂的制造误差是造成扭矩衰减的根本原因：

04

改进实施

4.1 要因明确以后，就找到了改进实施的对策。

4.2 设计扭矩转角工艺，通过CAE计算下摆臂变形刚度K=8000N/mm,

从图纸上可以算出连接副间隙x=60.8-59.5+0.3=1.6mm,所以，消隙力F=12.8KN，求得消隙扭矩M=F=20Nm,作为起始扭矩。

将螺栓屈服力Fs=35KN作为目标值计算转角，?=150°,设拧紧系数a=1.2，得工艺转角?=180°。

4.3 试验验证拧紧工艺参数，测得的轴力可以满足所有工况。

4.4 用工艺参数20N+180°的扭矩转角法拧紧试验车的接头，试验车再没有出现异响。

将相同工艺用于正式生产，下线3000多台车，与售后确认未发现任何异响案例。

05

螺丝君总结

在整车开发过程中，一定要重视连接接头的设计，计算和验证。在被连接件产品过程控制中，对安装孔区域的质量一定要严格把关。

为了提高连接接头的鲁棒性，像本文中下摆臂和连接杆这样的U型连接最好考虑采用扭矩转角法，较大的起始扭矩不仅可以消除间隙，还可以消除接触面的粗糙度和轮廓度的影响，起到整平接触面的效果。确定间隙消除后，通过控制螺栓或螺母的旋转角度控制螺栓的伸长量，使夹紧力只与螺栓的规格和系统的刚度相关，从而螺栓摆脱摩擦系数的影响，得到稳定的夹紧力。

今天的话题，就分享到这里；更多详情，请关注微信公众号：GAF螺丝君（GAF-luosijun）

来源：GAF螺丝君