孟武功

(舟山市7412工廠，浙江舟山 316041)

汽車零部件結(jié)構(gòu)對連接緊固的影響

孟武功

(舟山市7412工廠，浙江舟山 316041)

用列舉實例的方式探討和分析了一些汽車零部件在結(jié)構(gòu)、連接、定位與驅(qū)動方面的原理缺陷，也給出了一些改進建議。

汽車零部件；結(jié)構(gòu)；連接；定位

0 引言

近十幾年來汽車在中國得到較快的發(fā)展，汽車工業(yè)在我國國民生產(chǎn)總值中所占的比例越來越高，其帶動作用也越來越明顯。但是我國的汽車設(shè)計與制造相比歐美汽車大國，設(shè)計能力和制造水平還有待提高，通過研究和學習別人的技術(shù)來提高我們的能力是一條必由之路。近年來，國內(nèi)外新的車型不斷涌現(xiàn)，就汽車產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與聯(lián)結(jié)的設(shè)計來說也還有許多值得商榷之處，結(jié)構(gòu)方面存在一些瑕疵也就在所難免。文中用實例指出幾處值得大家商榷的結(jié)構(gòu)，以期不斷提高我國汽車零部件的設(shè)計水平。

1 結(jié)構(gòu)所引發(fā)的思考

對于一些從事與汽車設(shè)計制造相關(guān)的技術(shù)人員，應(yīng)該十分熟悉下面的一些結(jié)構(gòu)，提供3個實例供大家參考。

(1)VVT類或VANOS的鏈輪與主體的聯(lián)結(jié)方式；

(2)變速器殼體聯(lián)結(jié)法蘭方式；

(3)增壓器殼與機體的連接或與歧管、進排氣管的定位方式。

這些連接是否合理？一個螺栓要起到定位、連接作用，既受拉又受扭剪，且不說一個普通螺栓，就是專用件也不一定可以勝任。因為，一般的產(chǎn)品并不能如GB27之類的產(chǎn)品有精度較高的軸頸，同時又兼?zhèn)涓叩目估瓘姸龋@樣的一個產(chǎn)品最后能否很好地完成設(shè)計者賦予它的應(yīng)有的使命？看看下面的實例分析。

1.1 VVT類或VANOS的鏈輪與主體的聯(lián)結(jié)方式

從圖1—2中可以看到齒輪是比較薄的，從圖2中還可以看到有一個斷掉的螺釘以及兩個斷在孔中的螺釘。

圖1 原理圖

圖2 實例件圖片

類似于VVT類機構(gòu)位于發(fā)動機前端，與進、排氣凸輪軸相連，其外殼上的固定螺栓疲勞強度等是否能滿足高速運轉(zhuǎn)的需求？在發(fā)動機運作過程中，固定螺栓如果出現(xiàn)斷裂，會導致VVT機構(gòu)密封性出現(xiàn)異?；蚴?，并進一步影響發(fā)動機配氣系統(tǒng)，嚴重時發(fā)動機會因此而無法啟動，存在安全隱患。

對于一般汽車用戶來講，沒有幾個清楚機構(gòu)原理，更不了解這些螺栓的工作情況了，尤其是現(xiàn)在一些VVT類機構(gòu)里用的螺栓的材質(zhì)是鋁合金，這些螺栓身兼多職，本身擺動轉(zhuǎn)子就不是等分的，所以螺栓的安裝孔也不是等分的，要安裝上去就要有一定的間隙，要不然就要干涉，那么這些間隙在運動時起了什么作用？附加振動載荷。螺栓本身可以起緊固作用，也可以起傳遞扭矩作用，而兩者結(jié)合的話，它們自身的強度是否是原設(shè)計時已考慮過的？如果并非原設(shè)計考慮范圍，那結(jié)果大家就可以想到了。

1.2 變速器殼體聯(lián)結(jié)法蘭方式

圖3是某發(fā)動機原理圖。

圖3 某發(fā)動機圖驅(qū)動盤局部圖

這些位置的緊固件在這里也是身兼多職，受力復雜，況且所受的一般還是交變載荷，疲勞將是它的隱患。

1.3 渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)

圖4為實際產(chǎn)品結(jié)構(gòu)剖開圖，圖5為剖開原理圖，由圖中可以看到產(chǎn)品兩端的不同之處在于實際是沒有止扣的，而原理圖上是有止扣的。

另外還有一些渦輪增壓器與機體的連接方式有問題，在一個四方座的4個角上有4個螺栓或螺柱，沒有定位，結(jié)果經(jīng)常出現(xiàn)松動。跟前面分析的情況類似，4個螺栓要肩負約束3～4個自由度的功能，那么它能勝任嗎？

圖4 渦輪增壓器實際圖

圖5 渦輪增壓器原理圖

2 分析與計算

2.1 自由度

下面按六點定位原理來解析實例一，如VVT或是類似機構(gòu)的齒輪與軸的配合按約束原理可以約束2個點，齒輪側(cè)面與擺動轉(zhuǎn)子之間應(yīng)該算是平面接觸，在定位原理中按3個點計算，也就是說6個點中還有1個點是沒有被定位的。

按自由度來計算：1個平面副、1個轉(zhuǎn)動副，按照機構(gòu)自由度的計算公式得到：

n=6-1×3-1×2=1

(1)

2.2 強度

由上面的分析可知機構(gòu)這時還有一個自由度沒有被約束，它就是繞中心軸旋轉(zhuǎn)的自由度，這個任務(wù)必須由螺栓來承擔?？墒怯捎谙到y(tǒng)的制造誤差，4顆螺栓不可能同時承擔起這個任務(wù)，只能有1個螺栓承擔這個任務(wù)。如果不考慮螺栓本身的扭矩，只考慮純剪切，這個螺栓所受的應(yīng)力如式(2)；

(2)

式中：F為螺栓的預(yù)緊力；AC為螺栓的應(yīng)力面積；τ為純剪切應(yīng)力。

(3)

將式(3)代入式(2)得到：

一是成立了全面深化改革領(lǐng)導小組和改革辦公室，研究制定并下發(fā)了《中國石油全面深化改革實施意見》《中國石油“十三五”改革專項規(guī)劃》《中國石油混合所有制專項改革方案》等綱領(lǐng)性文件，指導和規(guī)范中國石油深化改革，尤其是混合所有制改革的總體設(shè)計和規(guī)劃。

(4)

式中：MB為VVT中鏈輪的扭矩。

實際情況比這個還要復雜得多，因為螺栓這時處于一種相當于一個懸臂梁的情況，所以，除了一個純剪切還要外加一個彎矩MX，MX會產(chǎn)生一個附加拉應(yīng)力σm：

(5)

圖3和圖4中的驅(qū)動盤螺栓的受力還要復雜一些，所以它就存在安全隱患。

2.3 松動

上面那些緊固件的使用條件比GB/T 10431-2008《緊固件橫向振動試驗方法》中的條件還要嚴酷，因為試驗中的條件只是一個橫向坐標移動，但是上述實例中的許多產(chǎn)品是在兩個以上的自由度中移動，無形中為松動提供了有利條件。

3 解決的途徑

對于汽車設(shè)計作者沒有經(jīng)驗，但對于機構(gòu)及結(jié)構(gòu)件的設(shè)計作者有豐富的經(jīng)驗。根據(jù)結(jié)構(gòu)件及機構(gòu)設(shè)計原則，設(shè)計一般不要出現(xiàn)過定位，當然也不要出現(xiàn)欠定位或是無定位現(xiàn)象。

可能會有一些相關(guān)人士提出反對，因為這會增加成本。首先，有些地方即便是加了一些附加定位，其實并不一定就要增加經(jīng)濟成本；再者，不能只算眼前的經(jīng)濟成本，萬一因一些機構(gòu)出現(xiàn)問題而要召回，那就不僅僅是經(jīng)濟損失的問題，還涉及法律、企業(yè)形象等方面。

在VVT等機構(gòu)中增加一個定位銷，這樣的結(jié)構(gòu)在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計中常常采用，復雜程度主要看具體的產(chǎn)品和設(shè)計者的經(jīng)驗與要求。盡管增加了一點小的成本，但是定位的準確性提高了，裝配也比較方便，所以，無論在原理上還是在裝配上都是有益的。

(2)增加擋塊

就像渦輪增壓器的原理圖所示，加入止扣或是擋塊，傳遞扭矩有了保障，可靠性也大大提高，質(zhì)量成本大幅下降。

(3)消除間隙

圖6所示的這種帶有變形套的螺栓為實現(xiàn)零間隙裝配提供了一種可能，一些無法用加工完全確定的配合間隙用這種方法可以確保裝配的準確性。如圖7所示：螺紋旋入導頸進入過盈狀態(tài)；隨著螺紋進一步旋入，導頸也進一步擠壓中間套，中間套變形后填補了螺栓及上下裝配體的空隙。這種套還可以起到承受剪切的作用，提高了螺栓的可靠性。

圖6 可消除間隙的螺紋與套

圖7 消除間隙裝配原理圖

4 結(jié)束語

通過3種產(chǎn)品的實際結(jié)構(gòu)揭示了部分汽車零部件設(shè)計中一些不大引人注意的地方，分析了在定位與驅(qū)動方面的原理缺陷，給出了強度計算公式，警示出一些隱患，提供給相關(guān)工作者一些可參考的解決方案。這些方案可以大幅度提高整車系統(tǒng)的安全性與可靠性。

【1】李壯云.中國機械設(shè)計大典[M].南昌:江西科學技術(shù)出版社,2002.

【2】秦大同,謝里陽.機構(gòu)設(shè)計[M].北京:化學工業(yè)出版社,2013.

【3】謝睿.機構(gòu)可動性設(shè)計缺陷辨識模型與修復方法研究[D].成都:電子科技大學,2015.

【4】林曉偉,劉娜,林曉丹.避免結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷的幾點建議[J].中國電子商務(wù),2011(6):324-324.

Influence of the Structure of Auto Parts on the Connection Fastening

MENG Wugong

(Zhoushan 7412 Factory,Zhoushan Zhejiang 316041,China)

By giving examples,the defects of some auto parts in the structure,connecting,positioning and driving principle were discussed and analyzed, some improvement suggestions on these aspects were also given.

Auto parts; Structure; Connect; Location

2016-12-30

孟武功，高級工程師，從事汽車零部件冷成形工藝與模具設(shè)計與研究，側(cè)重連接技術(shù)及三維模擬技術(shù)。E-mail：mwg555@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.04.014

文獻標志碼：A 文章編號：1674-1986(2017)04-055-04