车轮锥面螺栓计算以前计算方法是不是错误了呢？连载二- 大数跨境

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车轮锥面螺栓计算以前计算方法是不是错误了呢？连载二

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2022-07-22

导读：内容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？

内容

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？连载一

研究内容之传力路线

车轮螺栓连接包含轮毂轴承，制动盘，轮毂和车轮螺栓（或车轮螺母）等零件构成，车轮螺栓一般采用锥形或球形螺栓头，这种结构对轴承螺栓孔和轮毂螺栓孔位置度加工要求比较高，对轮毂螺栓沉孔加工精度要求比较高。

车轮运行过程中所受的主要载荷：路面对轮胎的支撑力FN，路面或制动器对车轮的制动扭矩Man，运行过程中半轴对车轮的牵引力矩Man，在转弯时候路面产生的侧向力FV等载荷。

牵引加速时候传力路线

加速、运行工况牵引力矩Man通过轮毂轴承，轮毂轴承和制动盘之间的摩擦μT,RL/BS，制动盘，制动盘和轮毂之间摩擦μT,BS/Rad，轮毂传递到路面，从而使车辆前进或后退。

制动工况，制动器产生的夹紧力FBr，产生摩擦力矩，通过制动盘，制动盘与轮毂之间摩擦μT,BS/Rad，轮毂传递到路面，使车辆制动停止。

车轮螺栓受力情况

车轮螺栓往往在运行中会受到弯曲应力，如果弯曲应力过大会引起螺栓的疲劳问题。对于车轮螺栓，特别是锥形，球形螺栓是否可能会出现类似常规平面螺栓头连接那样在轮毂与制动盘之间的滑动呢？后面会进行相关分析。

平面螺栓抗滑移研究

对车轮螺栓连接采用平面螺栓头，平面螺栓连接进行分析，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，对于平面螺栓，在计算到0.6时间步的时候，出现了计算中断，主要原因是零件出现了滑动，不收敛。

查看计算接触状态可以看出在0.5时间步时候，接触面之间还是存在粘结红色区域。

而在计算时间步0.6时候，接触面出现了完全滑移，计算中断，结果不收敛。接触面状态表面此时零件出现了完全滑移，都是绿色区域。

从有限元平面螺栓分析结果可以看出，零件在计算时间步0.5到0.6区间内出现了完全滑动，因此预估完全滑动时候载荷介于1.88e6和2.25e6Nmm之间。即使按照1.88e6Nmm来测算，有限元滑动时候的计算结果比理论或工程算法1.2825e6Nmm也高出50%左右。这是什么原因引起的呢？

之所以有限元出现更大滑移载荷，分析主要是工程理论计算方法偏于保守，仅仅算1个接触面，而有限元计算时候，如果螺栓长度比较短，螺栓头部分的摩擦也会考虑部分叠加到剪切面的数量里面，例如对于该案例大约考虑了60%左右的头部摩擦（在计算时候头部和结合面之间摩擦系数都是统一按照0.15来计算的）。

从有限元计算结果来分析，特别对于薄板连接，可以参照日本企业的计算方法把螺栓头部分剪切面考虑进去。如果零件的厚度比较厚，螺栓头的摩擦剪切面可以不包含到计算中。总体来说，剪切面不管那种螺栓夹紧长度都不考虑螺栓头下，这样计算相对更加保守。

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，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。

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