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某车型后悬置与电驱动连接螺栓校核
Classification: Media News
Release Time:2026-05-13 16:54
某车型后悬置与电驱动连接螺栓校核
1螺栓连接布置
后悬置与电驱动连接螺栓布置如图,采用3个螺栓连接。

按照图示顺序,对应按照螺栓1,螺栓2,螺栓3的编号。

2螺栓连接载荷分析
后悬置与电驱动连接一般通过adams动力学仿真软件,或其他类似软件可以得出整体的外载荷,可以通过对螺栓孔施加coupling耦合,然后对悬置零件施加adams得出的外载荷,通过有限元提取出每个螺栓的载荷。
载荷工况按照GMW14116标准进行分析,载荷工况说明如下:
|
Load Case No. |
Powertrain Mounting System Analysis Load Cases |
'g' load on powertrain X |
'g' load on powertrain Y |
'g' load on powertrain Z |
Torque Acting on Powertrain |
Load Case Type |
|---|---|---|---|---|---|---|
|
1 |
Static design position (Under PT self weight ) |
|
|
-1 |
|
Typical |
|
2 |
Max forward engine torque** |
|
|
-1 |
See formula (1) below |
Typical |
|
3 |
Max reverse engine torque** |
|
|
-1 |
See formula (2) below |
Typical |
|
4 |
Max forward engine torque & forward acceleration** |
FWD: 0.5 |
|
-1 |
Load case 2 |
Typical |
|
5 |
Max forward engine torque & left cornering** |
|
1 |
-1 |
Load case 2 |
Typical |
|
6 |
Max forward engine torque & right cornering** |
|
-1 |
-1 |
Load case 2 |
Typical |
|
7 |
Max forward engine torque & bump** |
|
|
-3 |
Load case 2 |
Typical |
|
8 |
Max forward engine torque & rebound** |
|
1 |
|
Load case 2 |
Typical |
|
9 |
Max reverse engine torque & rearward acceleration** |
FWD: -0.6 |
|
-1 |
Load case 3 |
Typical |
|
10 |
8 KPH front bumper (- 11g) |
-11 |
|
-1 |
none |
Extreme |
|
11 |
8 KPH rear bumper (+ 11g) |
11 |
|
-1 |
none |
Extreme |
|
12 |
Vertical up loading |
|
|
4 |
none |
Extreme |
|
13 |
Vertical down loading |
|
|
-6 |
none |
Extreme |
|
14 |
Lateral left loading |
|
-3 |
-1 |
none |
Extreme |
|
15 |
Lateral right loading |
|
3 |
-1 |
none |
Extreme |
|
16 |
Vertical up & lateral left loading |
|
-3 |
4 |
none |
Extreme |
|
17 |
Vertical up & lateral right loading |
|
3 |
4 |
none |
Extreme |
|
18 |
Vertical down & lateral left loading |
|
-3 |
-6 |
none |
Extreme |
|
19 |
Vertical down & lateral right loading |
|
3 |
-6 |
none |
Extreme |
|
20 |
Up rough road |
|
|
2.5 |
none |
Typical |
|
21 |
Down rough road |
|
|
-4.5 |
none |
Typical |
|
22 |
Forward longitudinal loading |
-3 |
|
-1 |
none |
Typical |
|
23 |
Rearward longitudinal loading |
3 |
|
-1 |
none |
Typical |
|
24 |
Forward rockcycle / snap-clutch torque** |
|
|
-1 |
See formula (3) or (4) below |
Extreme |
|
25 |
Reverse rockcycle / snap-clutch torque** |
|
|
-1 |
See formula (3) or (4) below |
Extreme |
|
26 |
1 'g' static powertrain load |
|
|
-1 |
none |
Typical |
|
27 |
Forward partial torque**(5/8 Forward WOT) |
|
|
-1 |
As stated |
Typical |
|
28 |
Reverse partial torque**(5/8 Reverse WOT) |
|
|
-1 |
As stated |
Typical |
|
载荷工况编号 |
动力总成悬置系统分析载荷工况 |
动力总成'g'载荷 X |
动力总成'g'载荷 Y |
动力总成'g'载荷 Z |
作用于动力总成的扭矩 |
载荷工况类型 |
|---|---|---|---|---|---|---|
|
1 |
静态设计位置(动力总成自重下) |
|
|
-1 |
|
典型工况 |
|
2 |
前进发动机扭矩** |
|
|
-1 |
见下方公式(1) |
典型工况 |
|
3 |
倒挡发动机扭矩** |
|
|
-1 |
见下方公式(2) |
典型工况 |
|
4 |
前进发动机扭矩 & 前向加速** |
前驱: 0.5 |
|
-1 |
载荷工况2 |
典型工况 |
|
5 |
前进发动机扭矩 & 左转弯** |
|
1 |
-1 |
载荷工况2 |
典型工况 |
|
6 |
前进发动机扭矩 & 右转弯** |
|
-1 |
-1 |
载荷工况2 |
典型工况 |
|
7 |
前进发动机扭矩 & 颠簸** |
|
|
-3 |
载荷工况2 |
典型工况 |
|
8 |
前进发动机扭矩 & 回弹** |
|
1 |
|
载荷工况2 |
典型工况 |
|
9 |
倒挡发动机扭矩 & 后向加速** |
前驱: -0.6 |
|
-1 |
载荷工况3 |
典型工况 |
|
10 |
8公里/时前保险杠碰撞(-11g) |
-11 |
|
-1 |
无 |
极限工况 |
|
11 |
8公里/时后保险杠碰撞(+11g) |
11 |
|
-1 |
无 |
极限工况 |
|
12 |
垂直向上载荷 |
|
|
4 |
无 |
极限工况 |
|
13 |
垂直向下载荷 |
|
|
-6 |
无 |
极限工况 |
|
14 |
横向左侧载荷 |
|
-3 |
-1 |
无 |
极限工况 |
|
15 |
横向右侧载荷 |
|
3 |
-1 |
无 |
极限工况 |
|
16 |
垂直向上 & 横向左侧载荷 |
|
-3 |
4 |
无 |
极限工况 |
|
17 |
垂直向上 & 横向右侧载荷 |
|
3 |
4 |
无 |
极限工况 |
|
18 |
垂直向下 & 横向左侧载荷 |
|
-3 |
-6 |
无 |
极限工况 |
|
19 |
垂直向下 & 横向右侧载荷 |
|
3 |
-6 |
无 |
极限工况 |
|
20 |
崎岖路面向上 |
|
|
2.5 |
无 |
典型工况 |
|
21 |
崎岖路面向下 |
|
|
-4.5 |
无 |
典型工况 |
|
22 |
前向纵向载荷 |
-3 |
|
-1 |
无 |
典型工况 |
|
23 |
后向纵向载荷 |
3 |
|
-1 |
无 |
典型工况 |
|
24 |
前向急加速/离合器接合扭矩** |
|
|
-1 |
见下方公式(3)或(4) |
极限工况 |
|
25 |
倒挡急加速/离合器接合扭矩** |
|
|
-1 |
见下方公式(3)或(4) |
极限工况 |
|
26 |
1'g'静态动力总成载荷 |
|
|
-1 |
无 |
典型工况 |
|
27 |
前进部分扭矩**(5/8前进节气门全开) |
|
|
-1 |
按所述 |
典型工况 |
|
28 |
倒挡部分扭矩**(5/8倒挡节气门全开) |
|
|
-1 |
按所述 |
典型工况 |
注: 表格中带有 ** 标记的工况表示特殊载荷条件。

经过分析确定螺栓1所受的载荷,则后续计算以螺栓1为例进行校核,螺栓1能够满足载荷要求,其他更加没有问题。

切向载荷为21.3kN,轴向载荷为2.0kN。
去除极限工况以后,切向载荷为14.6kN,轴向载荷为1.4kN。
3螺栓连接计算软件SD Pro计算输入整理
根据相关的图纸,数模,材料及材料机械性能,可以整理出螺栓连接的相关输入,直接可以输入到螺栓计算软件中。




软件中按照初步设计的拧紧扭矩要求90Nm+90°进行计算。
4计算结果分析
输入完成后得到如图所示的接头示意图,通过该示意图可以检查确认输入的信息,尺寸是否有明显的错误异常。如果有异常,可以检查修改。

按照该拧紧工艺可以看到螺栓是过屈服拧紧的。螺栓按照90Nm+90°拧紧后预紧力为69.6kN-89.3kN,计算过屈服角度为67.5°-68.3°,由于实际拧紧时螺栓头下会有一定的磨损,假设按照0.1mm估算磨损量,相当于转动角度为24°,故理论过屈服角度可以设定过屈服的角度稍微大一些更加合理,更加符合实际情况,,当然,最终再通过试验进行该拧紧工艺的验证。


计算结果表明螺栓连接横向载荷抗滑移安全系数为0.55,低于1.0的要求。
由于本次计算采用载荷极限,故再次验证疲劳载荷工况的抗滑移安全系数。
螺栓头支撑面接触压力安全系数为1.05,在试验验证时候应特别关注头下压溃,同时,试验验证时需要特别关注轴力和静态扭矩的衰减,若出现轴力和静态扭矩衰减过大时,该项内容可重点关注并检查验证。



5疲劳载荷工况校核
由于极限工况载荷不能满足要求,螺栓连接预紧力不足,在极限工况载荷下会产生滑动。因此,按照疲劳工况重新校核。
输入如下:




此时按照结合面摩擦系数为0.18计算,螺栓连接抗滑移系数只有0.80仍然不能满足要求。



由于计算抗滑移系数低于1.0的要求,需要实测结合面摩擦系数
需要根据这个实际产品,通过实测结合面摩擦系数,可以看出都在0.226以上,比计算0.18要高。测试结果如下:
|
|
滑移力 |
轴力 |
滑移摩擦系数 |
|
kN |
kN |
μ |
|
|
1 |
12.60 |
50 |
0.252 |
|
2 |
11.30 |
50 |
0.226 |
|
3 |
11.60 |
50 |
0.232 |
|
4 |
11.30 |
50 |
0.226 |



输入结合面摩擦系数0.226,重新进行计算,抗滑移安全系数达到安全系数1.01满足1.0以上的要求。
因此,通过结合面实测摩擦系数可以安全抗滑移安全系数是满足要求,零件受载出现滑动的风险较低。
在台架和路试试验时也应特别关注该点的轴力和静态扭矩损失,旋转松动等情况,如果有较大的衰减,结合面滑移是重点检查的风险点。
6有限元补充分析
有限元也对该连接进行了简单分析


1、按照结合面摩擦系数0.226,螺栓头部摩擦系数0.09,零件结合面50%区域滑动,但螺栓头没有滑动
2、按照结合面摩擦系数0.18,螺栓头部摩擦系数0.09,零件结合面出现滑动,但螺栓头没有滑动
3、按照结合面摩擦系数0.13,螺栓头部摩擦系数0.09,零件结合面出现滑动,螺栓头50%接触面产生滑动
4、按照结合面摩擦系数0.10,螺栓头部摩擦系数0.09,有限元直接出现不收敛
从有限元简单分析趋势可以看出,在该连接模型中,螺栓头也会承受部分横向载荷,按照防松理论,通常螺栓头只要不出现滑动,螺栓连接就不会出现旋转松动,从这个意义上来说,该螺栓连接相对也是安全的。
VDI 2230标准中对于这种连接一般认为只有一个接触面来承受横向剪切力,最保守。实际有限元结果表明,螺栓头处是有或多或少的承受一部分横向载荷。
7螺栓连接分析结论
采用SD Pro螺栓计算软件计算结果表明,后悬置与电驱动连接螺栓,按照90Nm+90°拧紧工艺拧紧:
1、螺栓连接为过屈服拧紧
2、极限载荷作用下螺栓装配后预紧力不能满足抗滑移安全系数的要求
3、疲劳载荷作用下按照0.18结合面摩擦系数零件抗滑移安全系数0.80,低于1.0的要求。但通过实测结合面摩擦系数为0.226,此时抗滑移安全系数为1.01,满足安全系数1.0的要求
4、通过有限元分析也可以看出在0.18结合面摩擦系数下,尽管结合面之间出现了滑动,但螺栓头下仍然没有出现滑动,仍然具备防松性能。故根据实测结合面摩擦系数和有限元分析,初步认为该螺栓连接滑移的风险还是比较低
5、尽管实测和有限元分析表明,零件滑移风险较低,但是在装配试验时应加强轴力和拧紧扭矩衰减检查;如装配后出现较大轴力和扭矩衰减,可重点考虑和验证该因素
6、螺栓头下表面压溃安全系数只有1.05,在装配试验时也应加强轴力和拧紧扭矩衰减检查;如装配后出现较大轴力和扭矩衰减,可重点考虑和验证该因素。同时,在螺栓与铝合金零件进行连接时,建议采用GB 5789标准的加大法兰面螺栓
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