（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545007）

基于ADAMS/Car的某微型车后横拉杆扭矩分析

肖 健 覃佳亮 肖光育

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545007）

针对公司某微型车后横拉杆螺母路试松脱的问题，基于ADAMS/Car对微车进行不同极限工况的运动仿真，得到了后横拉杆螺母的极限工况工作载荷，并将其转化为预紧力，然后通过拧紧实验进行扭矩设定，计算结果显示原来的设定扭矩偏小，横拉杆螺母存在松动风险，经过重新设定扭矩后没有发现螺母松脱现象，有效解决了后横拉杆螺母松脱的问题。

ADAMS/Car；后横拉杆；拧紧实验；扭矩分析

五连杆后悬架能实现主销倾角的最佳位置，大幅度减少路面带来的前后方向的力，从而改善加速和制动的平顺性和舒适性。五连杆后悬架横拉杆，可以提高后悬架侧倾角刚度，减少车身倾角，对于整车操控性和舒适性作用重大。

为了解决公司某新车型后横拉杆螺母在路试过程中出现松脱问题，本文利用用ADAMS/Car对该车五连杆后悬架进行建模仿真，获取了后横拉杆在各种工况下的工作载荷，然后对后横拉杆螺栓进行预紧力计算，并且结合对后横拉杆下支销螺母拧紧实验，检验其扭矩-夹紧力的关系，对后横拉杆扭矩进行了重新设定，成功解决了螺母松脱问题。

1 基于ADAMS各工况的运动学仿真

1.1 后悬架建模

该车型后悬架采用的是五连杆螺旋弹簧非独立悬架。悬架系统实际是由双纵臂结构形式经过演化而来，包括两根上纵臂（两端向外偏置）、两根下纵臂、一根横向推力杆、双筒式减振器、螺旋弹簧、压缩限位块以及橡胶衬套等。为简化后的后悬架拓扑结构关系如图1。悬架左右两侧均采用上、下两根纵臂以传递纵向力，横向力主要由装在车桥后部的横向推力杆承受。

1.2 各工况仿真

利用左右车轮跳动来引起悬架运动，这是悬架运动学特性分析的基本方法。这种分析方法实际上是模拟实际过程中车轮通过障碍物、不平的路面、汽车加速、车身侧倾时对车轮力的作用，任何运动形式，对于车轮力的作用都可以转换为三个方向的力和三个方向的转矩，然后将这种作用力传递到悬架上，进而获取悬架的运动特性的一种方法，这种仿真的关键是对车轮的载荷输入要尽可能的和实际相符。

图1 五连杆后悬架拖布结构

图2 悬架子系统与试验台装配图

悬架的运动学的研究同时也包括由于轮胎和路面之间的力和力矩引起的车轮定位等悬架参数的变化，即外加载荷对悬架特性的影响。这里将考虑弹性衬套等连接件对悬架性能的影响，仿真中使用的KC特性，都是通过KC实验台测试出来。该分析中的外加载荷是指在车轮与地面接地点处或轮心处施加制动力、驱动力、侧向力、回正力矩、侧翻力矩、滚动阻力矩等等。

将建好的悬架子系统与试验台装配起来如图2，设置好悬架参数，并进行不同工况下的后悬架进行仿真分析，得到连接部位螺栓的工作载荷如表1所示。

从以上12种工况的仿真数据中可以看出，微车在转弯时横向稳定杆所受工作载荷较大，其中横向拉杆受力最大工况为LIMIT CORNERING，应以该工况作为预紧力计算的载荷输入。

2 螺栓拧紧实验

本实验采用Schatz 多功能螺栓紧固分析系统，拧紧机自带一个测定总扭矩的扭矩传感器，同时在螺纹装配夹具内安装了测定螺纹扭矩的传感器和测定夹紧力的力传感器。可以测量出螺栓拧紧过程中的夹紧力、总扭矩和螺纹副上的扭矩，对夹紧力和扭矩的关系精确实时的反映，同时可以测出螺栓屈服扭矩和扭矩系数。

横向拉杆和车桥是通过一个螺纹支销固定，取螺纹支销和对应螺母共15组，进行扭矩拧紧实验，实验结果如表2所示。

3扭矩的设定

3.1 预紧力的计算

可以先将螺栓所受三个方向的载荷可以转换为沿螺栓轴向的载荷和沿螺栓径向的载荷，然后再进行预紧力的计算，具体计算过程如下：

m— 结合面数目 ；

经过查表得到

由于仿真过程中都是取的极限工况，现实运行过程中很难达到的工况，所以此时的安全系数取=1得：

3.2 扭矩分析

（1）横拉杆与后桥螺母最小拧紧扭矩

根据国家标准GB/T 16823.3-2010《螺纹紧固件紧固通则》中指出，扭矩的计算公式为：

则为了保证被连接件不滑移，螺母不松动，螺栓所需的最小扭矩为：

横拉杆与后桥连接所需最小预紧力为24.86kN，扭矩系数采用实验过程中的最大值0.22，则最小拧紧扭矩为 ：

（2）横拉杆与后桥螺母最大拧紧扭矩

根据实验数据可以看出，下支销螺栓和螺母螺纹连接副屈服扭矩范围为79.9～87Nm，均值为85.38Nm，螺栓屈服之后还是能继续承受一定的扭矩，如表2中，下支销螺栓的最大扭矩范围为93～100Nm，为了防止下支销螺栓在拧紧过程中屈服断裂，下支销螺栓设计的最大扭矩为80Nm。

（3）横拉杆与后桥螺母目标拧紧扭矩

按照国标GB/T 16823.2中目标紧固扭矩的设定方法如下：

式中：Kmin—为螺栓的最小扭矩系数；

Fmax—为螺栓的最大屈服紧固轴向力；

m—为装配精度；从表2中可以看出扭矩系数最小值为0.174，屈服紧固轴向力最大为38.9kN，装配拧紧精度按照10%计算。则目标紧固扭矩应该设定为：

表1 仿真工况及对应的工作载荷

表2 下支销螺栓拧紧实验数据

所以横拉杆螺母拧紧扭矩目标值应为74Nm，扭矩监控范围为65～80Nm。

结语

目前后横拉杆与后桥连接点的设计扭矩为45～60Nm，低于监控范围65～80Nm的最低值，也就是说即使按照这个范围拧紧至最大值，螺栓也存在松脱风险，需要提高该点的装配扭矩。通过对微车五连杆后悬架进行多体动力学分析，得到了各连杆的工作载荷，为连杆连接点的螺栓扭矩设计提供了载荷输入，成功解决了后横拉杆螺母松脱的问题，也为螺栓的设计选型提供了一种新的思路。

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