差速器螺栓装配扭矩稳定性与防松性能的研究.pdf
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1、Automobile Parts 2023.06063Research on Assembly Torque Stability and Anti-loosing Performance of Differential Bolt差速器螺栓装配扭矩稳定性与防松性能的研究收稿日期:2022-09-22作者简介:凌云(1986),男,学士,研究方向为 DCT 和混动变速器总成设计。E-mail:。DOI:10.19466/ki.1674-1986.2023.06.013差速器螺栓装配扭矩稳定性与防松性能的研究凌云1,2,陈辛波1,肖婷玲2,陈赛元21.同济大学汽车学院,上海 201804;2.麦格纳
2、动力总成(江西)有限公司,江西南昌 330013摘要:影响螺栓装配扭矩和防松性能的因素较多,从螺栓使用的摩擦因数稳定剂、与螺栓法兰面接触的主减从动齿轮表面粗糙度和差速器壳体硬度 3 个因素方面进行试验研究,并通过装配试验和变速箱疲劳寿命试验验证。结果表明:摩擦因数稳定剂、与螺栓法兰面接触的主减从动齿轮表面粗糙度和差速器壳体硬度对装配扭矩有明显影响,差速器壳体硬度对差速器螺栓的防松性能有关键影响,并得出一组可以用于大批量生产的零件设计参数,使得差速器螺栓具有优异的装配扭矩稳定性和防松性能。关键词:差速器螺栓;装配扭矩;防松性能中图分类号:TH131Research on Assembly Tor
3、que Stability and Anti-loosing Performance of Differential BoltLING Yun1,2,CHEN Xinbo1,XIAO Tingling2,CHEN Saiyuan21.College of Automotive Studies,Tongji University,Shanghai 201804,China;2.Magna PT Powertrain(Jiangxi)Co.,Ltd.,Nanchang Jiangxi 330013,ChinaAbstract:There are many factors that affect t
4、he bolt assembly torque and anti-loosening performance.An experimental study was conducted on three factors:the friction coefficient stabilizer used in the bolt,the surface roughness of the main reducing gear at the contact with the bolt flange face,and the hardness of the differential housing,and i
5、t was verified by assembly test and gearbox fatigue life test.The result shows that the friction coefficient stabilizer,the surface roughness of the main reducing gear at the contact with the bolt flange face and the hardness of the differential housing have a significant impact on the assembly torq
6、ue,and the hardness of the differential housing has a critical impact on the anti-loosening performance of the differential bolts.A set of design parameters of parts that can be used for mass production are obtained,which makes the differential bolts have excellent assembly torque stability and anti
7、-loosening performance.Keywords:differential bolt;assembly torque;anti-loosening performance0 引言在前置前驱变速箱的差速器总成中,差速器壳体与主减从动齿轮常用螺栓连接。螺栓连接的预紧力大小为影响螺栓防松性能的重要因素,预紧力越大,螺栓的防松性能越好1。扭矩转角法装配可以通过控制转动角度实现对预紧力的精确控制,最大限度地降低摩擦因数对预紧力偏差的影响,得到数值大且离散程度小的预紧力2,充分利用螺栓的性能并减少螺栓数量,但在实际大批量生产中,差速器螺栓的摩擦因数跨度较大,容易出现装配扭矩超上限和下限的情况
8、。而且差速器总成需要在交变温度环境中工作,并承受扭矩波动和交变载荷,差速器螺栓在如此恶劣的工况下仍需保持夹紧力,不能松脱。差速器螺栓一旦松脱或者断裂,将引起车辆的 NVH 问题,甚至损坏变速箱。因此差速器螺栓不仅需要提供足够大的预紧力,还需有良好的防松性能,才能保证连接的可靠性,如何保证差速器螺栓在实际大批量生产中具有稳定的预紧力以及良好的防松性能非常值得研究。本文研究了摩擦因数稳定剂、与螺栓法兰面接触的主减从动齿轮表面粗糙度(以下简称主减从动齿轮表面粗糙度)和差速器壳体硬度对差速器螺栓的装配扭矩和防松性能的影响,通过大量的装配试验及变速箱疲劳寿命试验进行验证,寻找到一组适合大批量生产的零件设
9、计参数,既能保证产品在批量生产中具有稳定的预紧力,还能保证具有良好的防松性能,为差速器螺栓连接的设计提供参考。1 摩擦因数对扭矩的影响根据标准 GB/T 16823.219973,在屈服区内屈服紧固扭矩与屈服紧固轴力的关系为:Tfy=KFfyd(1)式中:Tfy为屈服紧固扭矩;K 为扭矩系数;Ffy为屈服2023.06 Automobile Parts064检测与维修Testing&Servicing紧固轴力;d 为螺纹公称直径。扭矩系数 K 的表达式为K=12dP+sd2sec+wDw(2)式中:P 为螺距;s为螺纹摩擦因数;d2为螺纹中径;为螺纹牙侧角;w为支承面摩擦因数;Dw为支承面摩擦
10、扭矩的等效直径。按螺纹应力截面积及其等效直径计算屈服紧固轴力,其计算公式为:Ffy=yAs1+32dAP+sd2sec2(3)式中:y为螺栓的屈服点;As为螺纹公称应力截面积;dA为螺纹公称应力截面积的等效直径。由以上式子可知,当螺纹摩擦因数 s相对稳定时,屈服紧固轴力 Ffy也是相对稳定的;支承面摩擦因数 w越小,则扭矩因数 K 越小,屈服紧固扭矩 Tfy也就越小,即螺栓可在较小的扭矩下达到屈服紧固轴力。如果螺纹副的摩擦因数过大,则需要较大的装配扭矩才能使差速器螺栓达到屈服点,导致对拧紧枪的最大扭矩要求就很高。摩擦因数对于螺栓的防松性能影响大,摩擦因数越大,防松效果越好;摩擦因数越小,越不利
11、于防松 4,因此摩擦因数也不能过低。在大批量生产中,不同批次的螺栓或同批次不同螺栓的摩擦因数都存在变差,变差的大小也影响着机件组装后的安全性。因此需研究如何减小摩擦因数的变差,并使摩擦因数在一个合适的区间,以保证装配扭矩的稳定性和差速器螺栓的防松性能。2 三因素对装配扭矩的影响2.1 技术要求差速器壳体和主减从动齿轮通过 10 个差速器螺栓连接固定,如图 1 所示。差速器壳体采用的材料为QT600-3;主减从动齿轮采用的材料为 20MnCrS5,表面硬度为 80.583.0 HRA,芯部硬度为 300 min HV10;差速器螺栓为 M121.25 的 12.9 级螺栓,公差等级为 6级,对螺
12、栓进行了磷化处理,在螺纹处涂 PRECOTE 85系列的快干型螺纹锁固胶,螺栓法兰面的粗糙度要求为Rz25 m。差速器螺栓的装配采用扭矩转角法,先将螺栓拧紧至(705)N m,再拧转 8895的角度,终拧紧扭矩需在 125270 N m 范围内,拧紧后的螺栓需过屈服点,使主减从动齿轮与差速器壳体间的夹紧力达到最大值。图 1 差速器总成剖面2.2 摩擦因数稳定剂对摩擦因数及装配扭矩的影响摩擦因数稳定剂采用 PRECOTE TOP100 和 TOP300,它们是高分子聚合物的水性胶状分散液,一种特殊的干式润滑剂,一般采用浸渍方式涂覆,经烘干固化后会形成一层附着性佳的透明润滑薄膜,膜厚为 15 m,
13、不影响螺栓公差。为研究涂覆不同浓 度 的 TOP100 和TOP300 对差速器螺栓摩擦因数、装配扭矩和防松性能的影响,制作了表 1 所示的 7 种螺栓。表 1 不同状态的螺栓分类螺栓分类螺栓状态类不涂摩擦因数稳定剂类涂 100%浓度的 TOP100类涂 50%浓度的 TOP100类涂 33.3%浓度的 TOP100类涂 16.7%浓度的 TOP100类涂 16.7%浓度的 TOP300类涂 9.1%浓度的 TOP300依据标准 DIN267-272009,在室温环境下对这 7类差速器螺栓的摩擦因数进行了检测,结果见表 2。由表可以看出,未涂摩擦因数稳定剂的差速器螺栓摩擦因数较大且跨度区间较大
14、,涂了摩擦因数稳定剂的螺栓法兰面摩擦因数和总摩擦因数得到显著降低,由于螺纹处Automobile Parts 2023.06065涂的螺纹锁固胶也起减摩擦作用,螺纹处摩擦因数变化不大,随着摩擦因数稳定剂的浓度下降,螺栓的总摩擦因数有所增大。表 2 螺栓摩擦因数检测结果螺栓分类螺栓法兰面摩擦因数螺纹摩擦因数总摩擦因数类0.180.360.090.130.150.25类0.050.070.090.110.070.09类0.080.110.090.120.090.11类0.090.120.090.120.090.12类0.100.140.090.130.100.14类0.080.100.090.12
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