连杆螺栓拧紧力矩设计（控制臂球销螺栓组承受剪切和扭转载荷的计算分析）
连杆螺栓拧紧力矩设计（控制臂球销螺栓组承受剪切和扭转载荷的计算分析）计算结果见表1：图 2图 1 图 12 确定形心坐标如图 2，根据公式计算出形心坐标值。
在螺栓组连接中，承受剪切载荷和扭转载荷的设计非常多，例如，球销与控制臂三个螺栓连接，车轮螺栓连接等等，这种螺栓连接往往承受剪切载荷的合力，需要考虑剪切方向载荷和扭转剪切载荷。
下面，就以控制臂连接螺栓为例，进行分析。
1、建立一个坐标系
以球销上某一个螺栓孔中心作为坐标的原点，建立一个直角坐标系，如图 1。
图 1 图 1
2 确定形心坐标
如图 2，根据公式计算出形心坐标值。
图 2
计算结果见表1：
表 1
形心坐标也可以通过三维制图软件得出，如采用UG软件就可以直接测量测出该螺栓组截面的形心坐标值，如图 3。
两者计算数值基本一致，处于可以接受的范围。
图 3
3 受力计算
假设该球销受到一个x方向的拉力F，把该拉力平移到三个螺栓组的形心坐标原点上，就会得到一个x方向的剪切载荷F，同时还受到一个扭矩载荷M，扭矩数值为M=Fl，l为x方向力到形心坐标点的力臂。如图 4：
图 4
球销中心坐标为：
31.3157234，-56.34679326，力臂l 为74.4mm。
假设，受力为10000N，扭矩Mz为：744000Nmm。
根据下列计算公式，就可以得出螺栓所受的最大剪切载荷，计算过程见表 2。
表 2
4 结果分析
由此可见：球销的剪切载荷会远远高于剪切力分解得到的载荷，此时必须考虑扭矩的影响。
5 对标
这就是为什么大众MQB控制臂选用M10的螺栓，不过屈服拧紧的原因，
如图 5 大众MQB
如图 6 TOYOTA RAV4
如图 7 Hyundai Sonata
有些车型设计往往采用球销到三个螺栓形心距离比较大，这样就会受到更大的螺栓载荷，需要用到更大规格的螺栓，如图 8。
图 5
图 6
图 7
图 8
6、螺丝君经验总结
在计算过程可以看出，减小螺栓组形心到球销的力臂可以减小螺栓所受的载荷。
增加螺栓组到形心的距离可以减小螺栓所受的载荷。
也就是说球销尽量靠近螺栓组形心，三个螺栓的距离设计的尽量大，这样就可以降低三个螺栓中最大的受力。
如图 9示意，可以看出，显然，左边的球销设计，螺栓所受载荷比右边更低，可以选用更小规格的螺栓。
图 9
对螺栓组受力分析也可以通过有限元进行分析，希望有兴趣或者能够有相关分析结果的工程师分析交流，也欢迎大家留言讨论。
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