福特车轮螺母的问题，告诉我们设计时应考虑和验证的经验

起因

前段时间，相关新闻报道称，福特因车轮螺母故障而遭到了数百位车主的起诉。

起诉称，福特旗下数百万辆Fusion、翼虎(Escape)、Flex、福克斯、F-150和F-350等车型当中的车轮螺母存在膨胀和脱离的可能,因此，在自行更换新车轮时很难拆卸及更换新的车轮螺母。

故障图片，如图1。

图1 车轮螺母盖脱落，取不出套筒等故障

Hagens Berman法律公司，星期四，代表相关车主在美国密歇根东部地区的地区法院起草诉讼文件。

Hagens Berman 股东Steve Berman在发言中表示：“我们不是在谈论汽车行业的突破性技术和计算机化的内容,我们谈论的或许是汽车上最简单的部件——车轮螺母。福特车轮螺母选用低等设计，将汽车的外观置于安全之前对客户造成了直接的伤害。”

据悉，三分之二的车轮螺母，都采用钢芯和铬、铝或不锈钢螺帽设计生产。

Berman说到:“从稍好的层面来看,该故障导致车主前往修理厂更换轮胎时每个车轮会多支付30美元,并且还需要另外购买新的车轮螺母；从糟糕的层面来看，车主在繁忙的道路上行驶时出现突发情况，如轮胎漏气时却无法更换车轮。”

截止到目前为止，来自亚利桑那、加利福利亚、伊利诺伊斯、北卡罗来纳、俄亥俄、田纳西和弗吉利亚等地区的车主共同签署了起诉文件。

索赔的金额则根据个人的实际损失和汽车本身的价值来决定。福特在发言中却表示对未判决起诉无法做出回应。

车轮螺母不同类型选型设计

那么导致这个结果的原因，是不是就是因为采用组合式螺母的设计问题呢？我们从市面上的成熟车型车轮螺母的类似进行分析。

调查发现目前市面上采用这种组合式设计的车轮螺母的车型还是较多的，包括福特，通用，捷豹，路虎等车型。

这种设计的车辆螺母优点是外观美观，不需要单独再增加一个装饰盖，维修拆卸相对比较方便。

图2 采用组合式车轮螺母的车型

当然有些车型会采用螺母盖和螺母本体焊接的类型，这种类型国产和日系车采用的较多，这种设计的优点就是能够保证扳拧处螺母S处部位的的强度，不至于出现变形的问题。

缺点就是：由于需要与本体进行焊接对螺母的强度，螺纹保证载荷等存在一定的损伤，需要特别的工艺来保证；同时，螺母盖焊接好以后，再进行镀铬表面处理，由于不是通孔，比较容易产生积液问题，造成表面处理不良。

图3 一体焊接式车轮螺母

问题分析：

从新闻报道中可看出：车主抱怨的主要是福特采用低等设计，将汽车的外观置于安全之前，车轮螺母采用钢芯和铬、铝或不锈钢螺帽的设计生产。

这是新闻报道的内容，也是投诉的主要问题点，和投诉认为的主要原因是设计采用组合式车轮螺母的设计问题，最终这样设计导致螺母盖变形，无法拆卸等问题。这种组合式车轮螺母的结构图如图4。

图4 组合式车轮螺母的结构图

既然有其他品牌的车型也采用这种组合式螺母的设计，为什么单独只有福特出现的这种问题呢？

据了解，在北美，特别是欧洲地区，由于冬天需要换雪地胎，这样就会导致每年正常情况下会换两次轮胎，这样按照10年的寿命就要更换20次轮胎，再加上维护保养，维修等，10年内可能达到25次以上的更换次数。

而在设计验证时候，最初仅仅考虑了15次验证要求，所以，在开发车轮螺母的时候没有出现问题，在实际使用中有可能出现相关的问题。

为此需要考虑把拆装次数验证提高到至少25次以上，保证拆装25次以后，车轮螺母的螺母盖不能出现严重的变形，特别不能导致套筒不能安装，套筒不能拆卸的情况。

在验证的时候还应考虑采用现场维修的实际情况，采用风扳机拧紧到比设定扭矩更大的扭矩，例如1.3倍安全系数等。

经验总结：

从福特车轮螺母抱怨中，可以得出：一个车轮螺母设计开发过程中，需要进行比较多次的拧入拧出试验，至少按照25次的要求进行验证，保证不出现螺母盖破损，脱落，特别不能引起套筒无法拆装的问题出现。

螺母盖的材料，尽量选用强度比较高的材料，在拧入拧出的时候减小变形的可能性。例如在满足冲压要求的情况下，尽量选用强度比较高的不锈钢材料。

保证车轮螺母内芯的足够壁厚，这样不会因为车轮螺母锥度的影响，导致受到拉力后，车轮螺母出现径向的膨胀，影响螺纹的保证载荷，从而间接导致螺母盖的膨胀问题。

采用相对比较高的螺母材料，如常用的螺母材料为SWRCH35K，此处可以用SWRCH45K,ML40CR等材料，这样也会减小出现径向膨胀的风险，同时材料的成本又不会提高很多。

另外，在试验验证的时候保证螺纹的保证载荷要求，按照实际的装配尺寸，采用锥形孔，或者其他等效的工装，从车轮螺母的正反面进行测试验证，保证满足保证载荷的要求。

来源：GAF螺丝君