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连载三:车轮锥面螺栓计算以前计算方法是不是错误了呢?

连载三:车轮锥面螺栓计算以前计算方法是不是错误了呢? 兹懋Zmart
2022-07-28
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导读:接上期内容车轮锥面螺栓计算以前计算方法是不是错误了呢?连载二

速报

接上期内容:车轮锥面螺栓计算以前计算方法是不是错误了呢?连载二


锥面车轮螺栓有限元分析


按照正常设计的锥形车轮螺栓进行有限元分析,研究在螺栓预紧力作用下产生摩擦力来抵抗扭矩的能力。


螺栓预紧力为30kN,螺栓数量5,螺栓中心圆PCD直径114mm,可以理论计算出预紧力产生的摩擦力可以承受的扭矩为1282.5Nm。也就是说按照单结合面摩擦面理论计算出在该预紧力下最大能够承受的扭矩为1282.5Nm。
为了验证是否可以承受更大的扭矩,我们在有限元分析中施加3.75e6Nmm的扭矩进行验证。经过有限元计算后,对于锥形车轮螺栓,计算可以完成,没有发生不收敛的情况。


查看计算接触状态可以看出在0.6时间步时候,接触面之间还是存在一定粘结红色区域。左图是轴承与制动盘之间的接触状态,右图是制动盘与轮毂之间的接触状态,以下同。


在0.9时间分析步时候,接触面仍然存在一定的粘结红色区域。


在1.0时间分析步时候,接触面仍然存在一定的粘结红色区域。


从有限元锥形螺栓分析结果可以看出,零件计算完成时候仍然没有出现完全滑动,而此时的扭矩达到3.75e6Nmm。由此可推断对于该锥形车轮螺栓连接30kN作用下可以承受至少3.75e6Nmm远超工程理论计算扭矩1.2825e6Nmm的扭矩,而不会产生完全滑动。


为什么会出现这种情况呢?


分析认为锥形车轮螺栓在拧紧后,如果被连接件之间会微小的滑动,螺栓头沉头部分也会产生一定的位移,而螺栓预紧力作用下会拉着阻止这种位移,除非使被连接件滑动的外力大到足以使螺栓产生一定伸长来容纳这个被连接件的错位,否则,被连接件就不会出现较大滑动的可能性。
该问题也可以从下面文献中给出一个例证,对于锥形螺栓,防松,抗滑移性能是更好。采用这种锥形沉头螺栓可以降低螺栓连接的滑动可能性。


结      论


以上车轮螺栓的研究分析得出以下结论:


1、  这种螺栓连接剪切面数量按照1个剪切面相对比较保守,如果零件比较薄可以把螺栓头部的结合面算作一个剪切面,如果零件比较厚,螺栓头部的剪切面不作为一个剪切面。厚薄如何定义,参照相关文献可以建议一个5d的厚度作为一个界限,5d以上不考虑头部剪切面,非常薄(此处薄可以考虑厚度为0mm)认为一个剪切面,其他中间厚度按照等比例换算把螺栓头作为部分剪切面。例如2.5d的厚度,就按照0.5的剪切面考虑,也就是螺栓头结合面摩擦系数最小0.1的话,就按照头部是0,05的摩擦系数考虑到总体靠摩擦来计算抗滑移。


2、  根据分析结果说明,锥形沉头螺栓更加可以抵抗零件的滑动。特别是类似车轮螺栓这种锥角是60°的小锥角螺栓,抗滑动性能更好。


3、  锥形车轮螺栓的计算校核是不是结合面的抗滑移就显得没有那么重要了呢?根据计算结果可以认为锥面螺栓抗滑移性能足够,或者说锥面螺栓基本不会引起零件的滑动。当然如果有足够大的剪切载荷,能够引起螺栓的伸长,最终会导致零件的错位或滑动,但这种情况下的剪切载荷需要非常大才能达到这种拉长螺栓的可能性。可以有限元分析这种情况。


4、  对于锥面车轮螺栓从分析结果可以认为,重点要分析在侧向力作用下,零件不能出现开口张开的可能性。因此要特别分析螺栓的疲劳寿命,正如某些合资主机厂车轮螺栓标准要求,需要对车轮螺栓进行疲劳试验验证。从这一点来说,锥面车轮螺栓的疲劳,开口的考虑需要对抗滑移分析更加重视。


当然,该锥形车轮螺栓的研究只是一家之谈,仅仅提出一些观点,起到抛砖引玉作用,能够激起一点浪花,当然这些观点跟平面螺栓连接有着非常大的不同,甚至颠覆了以前的认知,不当之处欢迎指出交流。


实际情况如何,还需实践检验,对该问题感兴趣的同行,特别对有限元分析比较透彻,又是对紧固件方面比较熟悉的同行更加深入的对该问题进行研究,以便真正对车轮螺栓的计算研究透彻,欢迎联系交流。




对于螺栓的疲劳测试试验机和疲劳测试方法可以联系小编。对螺栓连接计算校核软件Screw Designer Professional感兴趣的话,可以联系小编:18017569687,免费试用。

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