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1、【车桥设计参考资料】车桥紧固件预紧力和预紧力矩计算（仅供参考）-20200216KLPesign 即本计算以一个实际车桥悬架安装的紧固螺栓为例子，说明预紧扭矩和预紧力的折 算过程。同时推导出这种配置下，螺栓的安全系数。同时结合受力工况的载荷值判断 可行性。方便以后设计计算参考。注：本计算只是为参考案例，实际设计时建议结合车辆的市场定位，及各个使用 区域工况的差异性，同时结合市场故障反馈，修订出所需要的螺栓规格，必要时需要 加大螺栓的规格。因为零件在紧固后，再结合螺栓的实际载荷副，加上载荷波动的频 率，可能需求的可靠性和疲劳寿命是不同的。距离一个经常在地面坑坑洼洼，且坡度 和转弯很多的情况是，需
2、求的产品性能比好路况行驶的车轮要高一个级别。参考公式如下：（注：。）1,计算举例：8气囊空气悬架紧固螺栓预紧力校核计算:车桥轴荷13T，实际使用满载桥荷10T；气囊托架与车桥连接螺栓螺纹规格M22X1.5，拧紧力矩是65050N,采用的施必牢螺母。 螺栓为10.9级螺栓。2,计算参考的公式和资料：通常规定，拧紧后螺纹连接件在预紧力作用下产生的预紧应力不得超过其材料的屈服极限OS的80%。对 于一般连接用的钢制螺栓连接的预紧力P。，推荐按下列关系确定：P0 （0.506）冬*企（公式1）螺纹最小截面应力计算公式（下式F为上面提到的Po，只是各个资料写的代号不一样）:但对普通燥纹，其计算公式为:打
3、严川参见紈械如课本pg4，r6预紧力和预紧力矩折算：Mt = K * P0 * d * 0.001 （公式 2）内螺纹大径;-厂=0+ 2165O6315P 外螺纹大径,3,计算过程如下：根据选定规格的螺栓，从许用屈服系数折算拧紧力矩: 表1：名称代号单位值备注螺栓材料屈服极限o sN/mm2900屈服系数0.5392需要折算一个实际经常 使用的预紧扭矩值，然 后反推此值。同时需要结合设计组件 的工作状态，明确在受 载荷情况下应力的变化 范围，以确定所需要的 值。许用屈服强度 0Mpa485.28应力截面积As/mm 2308.995螺纹部分危险破面计算直径dsmm19.835有的资料推荐采用
4、d3进 行计算。而非按 ds=(d2+d3)/2螺距Pmm1.5此处是用常用的M22*1.5 的车轮螺栓作为例子螺纹公称直径/mmmm22螺纹大径/mmdmm21.675注：右边的计算公式中 的d是公称直径理想60。三角形螺纹牙型高度Hmm1.299螺纹小径dimm20.051螺纹中径d2mm20.701机械设计手册中定义用于计算螺杆强 度用到的一个直径值d3mm19.835预紧力PoN149949.114系数K0.2拧紧力矩MtN.m650.037根据规定的扭矩推算预紧力范围: 表2拧紧力矩Nm650中值预紧力Nm149949拧紧力矩Nm600最小预紧力Nm138415对应屈服系数0.50拧
5、紧力矩Nm700最大预紧力Nm161483对应屈服系数0.58Kl-Pegigngr判断预紧力范围为：138415161483N，中值在149949N。用表1可推算屈服系数在0.500.58。在（公式1）推荐的范围内。车辆使用中:a,根据行业标准，最大垂直载荷为静载荷（额定载荷）的2.5倍，折算每个螺栓的载荷为:满载载何（指地面受到的载何）kg10000车桥自重kg630气囊悬架对盖板的载荷kg9370载荷系数2.5直线仃驶时，垂直取大动载何N229565直线行驶时，单侧受到的垂直最大动载 荷N114782.5每个螺栓/螺母的最大载荷N28695.625b,侧滑时的计算如下（假设地面附着系数为
6、0.8）：侧滑系数0.8轮距mm1800质心高mm1000悬架中心距mm950本计算假设气囊和桥壳 盖板中心重合。若有偏 置时需考虑弯矩，此时 单侧4个螺母受到的力 不同。轮胎滚动半径mm500悬架托架受力点与桥壳中心距离mm95悬架托架受力点与地面的距离mm405侧滑时受力大的一侧的受到的最大垂 直载荷N95016.15789每个螺栓/螺母的最大载荷N23754.03947通过上述计算，可以看出单个螺栓的最大拉力值为28695N。 根据机械设计中关于螺栓受载时，给出的公式及建议经验值如下:为保证连接的紧密性，庙止连接受载后接合面间产临縫喘，症使几 灯亠推澤采用的人 为；对于有密封性要求的连接
7、，-（1 l.a）r；对于一殷连接工作载荷稳定时.耳= 他2 7疋）八 匚柞载荷不梅定时，F严（0昏1.0）心 对于地脚弼榕连接.F&几武中：厂-秣为骗栓的相对刚度”更尢小纭螺栓利被连接件的结构尺寸、材料且及垫 5 上 FR. T.作載高丽甬位置等因索有关r其值在0-1之问变动J若械悭接件的側度很天、而螺 栓的刚度很小（如细长的或F牢螺栓人则螺栓的相对刚度趋于零卜此时.匚作就荷柞用厉. 使蠟栓所受的总拉力增扯很少反过来，当赊栓的栢对刚度较大时，则工作裁荷作用后、粹使 燥栓听受的总拉力有殺大的增加克为了障低螺栓的愛力提高摞栓连接的承载能力，应使 C值尽量小些.亍-土二值可逋过计算或实验确定，一般
8、设计时，可根据垫片材料不同使 hfflh E荐数据：鱼空片或无垫片】020.3：皮革n-0.7；铜皮石桶蛰片08i橡胶垫 片乩饥一可逆向推出螺栓总轴向力=残余预紧力+工作拉力=1.0*28695+28695=57390N另，螺栓总轴向拉力=预紧力+0.2*工作拉力，可得预紧力=57390-0.2*28695=51652N此值和之前根据实际选用螺栓的预紧力矩计算的预紧力中值149949 （最大161483N）相比，只有34.4% (32.0%)。螺栓最大载荷（工作拉力）N28695.625根据机械手册给出的建议，折算的总轴 向拉力N57391.25折算系数为（0.61.0）工作拉 力折算的最小所
9、需预紧力N51652.125螺栓总轴向拉力=预紧力+0.2* 工作拉力（系数推荐值在0.20.3）折算的预紧力与实际的中值预紧力比值34.4%折算的预紧力与实际的最大预紧力比值32.0%即产品选用的螺栓，在现有最大预紧扭矩的情况下，叠加上最大工作力之后，占屈服的比例为0.56+0.56*(0.2*28695)/ 161483=0.60则实际选用螺栓在最大预紧力+工作载荷 时，与屈服强度的比值为0.60注：此部分的计算只是按书上给的系数简单折算的，所以仅供参考用。需要结合实际产品的表 现作出最终的判断。KLVesign 即总结：i,前面的计算看出参考机械设计，通过工作载荷，然后结合推荐系数折算的
10、预紧力是小于 我们目前通常选用的螺栓的，这和产品的市场应用及反馈有关。当选用较大号螺栓和较大的预 紧力时，与工作载荷叠加后，其残余预紧力与初始预紧力的占比会小很多，同时螺栓受拉的拉 力幅值变化相对预紧力本身也小很多。这样螺栓的可靠性和寿命会有很好的改善。但此时应该 综合考虑被连接件的刚度。不能因为紧固力提高了，而导致被连接件的应力值超过被连接件的 屈服甚至抗拉，就不合适了。需要在设计中根据具体产品进行总结，以使产品有更好的性能表 现。2，本计算推导出了一个螺栓紧固件在实际使用案例中其预紧力和载荷的关系，可结合公司 实际的情况修订自己的系数，制定自己的设计标准；3，本计算只是计算了螺栓本身的受力
11、，实际设计时，同时还需要考虑被连接件的刚度。前 面的悬架截图中采用了4个U型螺栓，若因为悬架配置的原因，采用8个直螺栓连接，此时螺 栓连接上盖板的刚度性能是很重要的，若螺栓前后跨度太大，而盖板设计的自身刚度没有优化 好（刚度查），后期，螺栓的预紧扭矩和预紧力是会有明显的衰减的。轻微的会导致客户抱怨 （需要按周期的补充预紧扭矩），严重的可能会有安全隐患。4，因此螺栓受螺栓轴向载荷，在得知其载荷最大值时，可以根据载荷大小和载荷幅值范 围，计算螺栓的疲劳寿命。本计算没有计算。后期若有时间再补充上。5，此螺栓的校核因为紧固螺纹都是紧固件本身的。紧固件本身在设计时有考虑到螺牙强度 问题，所以此文没有对螺纹牙型强度进行校核。但是当被连接件上有螺纹时，此时必须要考虑 被连接件的材料，对其牙型强度进行校核，以确定到底需要多少有效螺纹深。（关于螺纹牙型的 强度校核，本人会后续上传至网络。）6，悬架受力计算时做了一些简化，请根据实际情况计算出自己产品的准确工作载荷值。计算表格【车桥设计参考资 料】车桥紧固件预紧力
