热门
【烧脑篇】计算加装法兰盘和螺栓的受力,以及其它影响分析
1 133 发布于 2018-03-01 17:31:55 只看楼主 热门标准
点击查看热门标准,热门算法维度通过账号健康度、浏览、评论、点赞、收藏、转发、反作弊等进行综合评判
修改帖子

目录

每一个售卖法兰盘的商家,宣传的都是自己的材料强度。撼路者车友最常见安装的是7075-T6和6061-T6,可以查到的强度指标如下表:


安装法兰盘的最担心的也是强度不够,包括法兰盘和螺栓,发生材料断裂,可能会影响行车安全。本文就是想从撼路者的客观情况,大致量化计算一下在最极端工况下,法兰盘和螺栓的受力情况。


发生材料断裂,可能会影响行车安全。

撼路者不同于普通车辆的是,有低速四驱和差速器锁,2.48倍的低四扭矩放大,后机械锁止可以把后轴扭矩100%传递给不打滑的后轮,加之发动机本身的大扭矩输出能力,对于法兰盘的材料强度的要求肯定是高于一般车辆的。在动力最大输出的单轮最大承力的情况下,会不会把法兰盘(螺栓)拧断了呢?下面看看计算结果。

最后两行的计算基于假设的接触面积,可能出入会有50%。

发动机的最大输出扭矩,乘以一档的齿比(变速箱最大力输出),再经分动箱放大后,总扭矩值可以达到3785NM(牛*米),分动箱的多片离合设计的最大传输扭矩承受限度是2000NM,前轴分配不超过50%,正好在限度以内(所以基本没听说过分动箱过热案例);经过终传的放大,可达到15519NM(估值,终传按4.1保守值算)。由于前轮是BLSD限滑(能量损失),后轴是硬锁,所以前后轮能得到的最大分配扭矩是有一倍的差距的。
扭矩除以力臂长度等于(切线)作用力,我们可以看到,轮端的最大驱动力可以超过四吨,大概这就是拔河的优势吧。把单后轮的最大扭矩承受,除以轮毂螺栓孔圈的半径,就得到了在最大工况时,该位置的传递(承受)力的值(方便起见以公斤计),而这个力时由该轮的六个螺栓来分担的。
插入一下,对撼路者与其它同级越野车动力对比感兴趣的,可以看看这个表,某前辈总结的,一直收藏。

借图。

再绕回来说材料受力,我们能看到的都是压强值,比如6061-T6是抗拉大于300,屈服大于240MPa,10.9的螺栓是抗拉(剪切强度)大于1000,屈服大于900MPa。1MPa=10公斤/cm2,每平方厘米承受10公斤为1MPa。法兰盘与原车位置靠螺母固定(承力),与轮毂靠螺栓固定(承力),这两个接触面的大小,决定了材料受到的压强。前者一般是个30度锥面(非锥面的受力面更小极不推荐);后者主要看由多长的螺栓被套入螺母。假设了一下,螺栓是M12的,固定法兰盘的螺母锥面高度10.39mm(计算方便),安装轮毂的螺母套入螺栓15mm,受力面都是表面积的一半,如此计算得到的两个面积值分别是3.4平方厘米和2.826平方厘米,该固定点的法兰盘和法兰盘上螺栓的承受压强值,分别为55.8和67.2MPa。
那么这个数值应该跟材料的哪一个参数去对比呢?答案是屈服强度。为什么不是断裂(抗拉)强度呢?因为,如果材料受力超过了屈服强度,会进入屈服阶段:“变形增加较快,此时除了产生弹性变形外,还产生部分塑性变形。当应力达到B点后,塑性应变急剧增加,应力应变出现微小波动,这种现象称为屈服。这一阶段的最大、最小应力分别称为上屈服点和下屈服点。由于下屈服点的数值较为稳定,因此以它作为材料抗力的指标,称为屈服点或屈服强度(ReL或Rp0.2)。”(来自百度)简单理解为,未达到屈服强度是可恢复的弹性形变,反之是不可恢复的永久形变。永久形变会带来的问题就是旷量变大,反应为抖动或者螺母松脱。因此要以材料的屈服强度来判断才是安全的。

图片来自百度

从屈服强度的角度,假设采用6061-T6的法兰盘,10.9级的螺栓,这些材料强度对比在撼路者后轮上的受力:240>55.8,900>67.2,即使受力计算差了100%,材料强度也还是有余量的。
这里仅考虑车辆的正常使用工况,不包括下场地飞车竞技,那种情况下落地时螺栓要分担的冲击压强我真不会计算。
这里按照的也是材料的理论值进行的分析,不包括商家虚假宣传以次充好,也不包括材料加工中存在气泡造成的断裂可能。
接下来尽力说说其它,安装法兰盘的弊端。
首先一个说法是增加了簧下质量,导致减震的反应变慢。每个法兰盘的重量在1.5公斤左右,一个轮子有多重我查不到,反正是一个人搬起来很费劲,毛估20公斤左右,不到10%的变化我觉得不会有多大影响,比如大家换KO2轮胎是没人考虑重量差异吧?
真正影响大的,其实跟装负值轮毂一样,是主销偏距值,轮距外扩后主销偏距值的加大,会造成转向特性的改变。



所有改装轮毂ET值都小于原厂,安装后轮距加大也一样改变主销偏置值(加大)。

个人理解带来的影响就是,感觉打方向不如原来轻盈了,同时转向不足的情况会比原车感觉多一点。而这一点对所有换装轮毂的童鞋也都会是一样的。那么有人可能会问,能通过调整四轮定位来改变吗?
四轮定位要调整的数据:1、主销后倾,作用:直线稳定性,转向回正。2、主销内倾,作用:稳定性,转向回正。3、车轮外倾(负外倾)作用:增大轮胎接触面,抵消不良影响。4、前束(前展)作用:抵消车轮外倾(内倾)造成的不利影响。

撼路者只能调节前轮的三个参数。

可以看到,四轮定位是调整不了主销偏置值的(可以说单加装法兰盘不需要做四轮定位),虽然可以通过主销后倾的调节(加大)减轻方向的操作力度。事实上,专业改装换装轮毂后如果有做主销偏置调整的,是靠更换羊角来完成的,这个动作就太大了。综上来看,为了追求视觉美观和侧倾的稳定性增加,牺牲一点方向盘的轻盈是不可避免的。
还有一个说法,是杠杆作用点外移,会造成连杆和驱动轴承的受力和磨损增加。而这个说法未见于负值(或ET减小)轮毂的改装让我很不理解。在我看半轴的工作角度并没发生变化,杠杆造成的受力在法兰盘螺栓上,且车重造成的受力远小于挂低四锁后锁的极限工况。如果我理解的不对还请高手指正。
最后,拿某宝常见产品们做一下总结,不推荐品牌只讲选择的原则,个人观点

螺母是锥面的几乎是必须要求,扩大了着力面。

螺栓不贵,余量大点的好。

这个型号材料,大厂作品,基本上够用了。

螺栓也是接触面越大受力越分散,被剪切的概率就小。

极品质量极品价格,大概要贵一倍,可以玩飞车竞技的

撼路者用,就1000吨起吧,不用客气。

是否安装法兰,是个个人喜好,对法兰盘使用的优缺点,也是见仁见智,以上仅从个人理解针对撼路者的情况做一些分析,供同学们参考一下。

  • 风景展示
最后编辑于2018-03-01 18:22:03
很抱歉,该主帖尚未满足精华帖15张图片要求,不能予以精华,更多精华标准点击此处查看
修改主帖
内容系网友发布,涉及安全和抄袭问题属于网友个人行为,不代表汽车之家观点,可联系客服删除。
举报
IP
回复
共7页 20条/页 前往

更多> 精选帖子

更多> 精选视频

扫码下载
汽车之家APP

随时获取
最新汽车资讯