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锥形球头螺栓
工艺设计开发及join in test测试研究
背景
汽车转向节与转向拉杆位置，往往采用锥形球头的连接方式进行连接，该点沿着拉杆轴向方向施加，作用力与螺栓轴向保持垂直。这种锥形球头的设计结构，具有螺栓稳定性好，对中性好，不容易发生松动。
该螺栓的拧紧工艺设计，不同于传统的螺栓螺母连接依靠夹紧力将两个零件连接到一起，夹紧力保证被链接件不发生分离或滑移，保持正常的工作运行。锥形球头螺栓在拧紧过程中也会产生夹紧力，但是夹紧力不是主要的设计目的。该种螺栓该如何设计，没有看到更多文章分析。对于如何设置该点拧紧工艺是一个难题，目前该点的工艺设计大多是对标其他已知车型，有扭矩法或者扭矩转角法。
对于该种接头的测试，某汽车标准给出了测试方法，通过测试球头螺栓的拉入位移量进行工艺设计。该标准只有测试方法和数据分析方法，确没有详细介绍如何根据位移量进行工艺设计。扭矩和位移关系如下图所示。
分析
以下内容属于根据标准、他人经验和测试结果进行工艺开发分析，如有错误或其他依据，欢迎讨论分享。
该点是对螺母进行拧紧，拧紧过程中，球头螺栓会被拉入到孔中，理想情况螺栓如果一直受力，螺栓会穿过内孔。如下图所示。在设计过程中球心会存在一个最佳位置，该位置拉杆力垂直（或一定的角度）施加到球头上。如果球心位置偏移，球头轴线与拉杆受力方向产生一定的角度，拉杆拉动球头产生相同的效果（位移和力）则需要更大的力。红点表示球心位置。
因此设计之初就要率先通过仿真或者尺寸控制，确定球心的最佳位置，在拧紧过程中，拉入锥形螺栓到合适的位置。该过程需要通过控制扭矩达到预期效果，同时也要保持螺栓的夹紧。一般经验，拉入位移的位移量控制在0.5-0.8mm附近。对于不同的接头设计需要借助仿真或车辆装配尺寸确定具体球心位置。再根据Join in test 测试确定具体的拧紧工艺。
下图是上海华测智科实验室采用激光位移传感器，接入到Kistler模拟装配设备控制系统中，同时采集扭矩和位移得到的一个球头拉入位移实验得到的位移和扭矩曲线。分析过程主要分析从贴合扭矩到目标扭矩的位移。
球销在拉入过程中，受到的轴向力大小，也需要考量，间接的可以通过压力试验机进行压力测试，将力与压入位移进行一一对应，因此可以确定扭矩与轴力的关系。该类型点在有些设计过程中采用钢套嵌入到铝合金孔中，有的是直接使用铝合金内孔，由于受到锥形的涨力，需要仿真和计算的方式保证最小壁厚，不会导致开裂，同时设计的过程中需要保证拉入量，防止拉入量过大，导致螺母拧到无螺纹杆部。
大家有不同意见或者对该测试有需求或者感兴趣可以联系小编微信：18017569687，交流沟通。
