Experimental study and modelling of the clamp load reduction of the roll restrictor bolts

Vincent Verhasselt
Persbericht

Experimental study and modelling of the clamp load reduction of the roll restrictor bolts

 

Op zoek naar de perfecte personenwagen

Het probleem: bewegende bouten

Hoewel de Fordfabriek in Genk sluit, denken ze in het onderzoekscentrum van Ford Lommel nog lang niet aan stoppen. Meer nog, er wordt intensief onderzoek gedaan naar de perfecte Ford. Tijdens een boeiende en leerrijke stage kregen we de kans om hieraan mee te werken. Wat als de boutverbindingen van de motorsteunen van een auto soms loskomen bij het rijden? Met dat probleem werden we tijdens dit onderzoek geconfronteerd. Na vele testritten, literatuuronderzoek en gesprekken met medewerkers van het onderzoekscentrum Ford Lommel Proving Ground, kwam er een verrassende oplossing uit de bus.

Falingsmechanismen onder de loep

Een eerste stap naar het vinden van een oplossing, was literatuuronderzoek. In verschillende wetenschappelijke artikels probeerden we wat meer informatie terug te vinden over falingsmechanismen bij het loskomen van bouten. Hoe worden de hoge krachten op de motorsteunen veroorzaakt? Om deze vraag te kunnen beantwoorden, hebben we een aantal metingen gedaan. Op die manier kwamen we te weten dat de klemkracht van boutverbindingen meetbaar is door middel van rekstrookjes. Ook de acceleraties en krachten van de motorsteunen tijdens de testritten hebben we kunnen meten. Daarnaast hebben we de relatieve verplaatsing tussen de motorsteunen en de versnellingsbak gemeten. Als deze motorsteunen kunnen bewegen, ondanks het feit dat ze vastgeschroefd zitten op de versnellingsbak, kunnen de boutverbindingen loskomen.

Metingen op het testparcours met ultrasone sensoren

Tijdens de testritten hebben we dus rekening gehouden met deze factoren. We hebben de verschillende krachten die inwerken op de motorsteunen en de boutverbindingen gerangschikt en vergeleken. Een ideale manier om deze inwerkende krachten te meten tijdens de testritten,  is het plaatsen van ultrasone sensoren. Deze sensoren lieten ons toe om het verloop van de voorspanning van de bouten te meten tijdens een volledige duurzaamheidstest van een auto. Ook het aandraaimoment van de bouten – het moment waarop de bouten worden vastgetrokken – hebben we gemeten en in verband gebracht met de voorspanning. Kortom, dankzij deze ultrasone sensoren, hebben we heel nauwkeurige metingen kunnen doen.

Een volgende logische stap was deze metingen koppelen aan de manier waarop de klemkracht op de motorsteunen in real time evolueerde. Dit liet ons ook toe om voorspellingen te doen over andere motortypes. Hoe zat het daar met de evolutie van de voorspanning van motorsteunbouten?

Vier mogelijke oplossingen

Uiteindelijk kwamen er vier mogelijke oplossingen uit de bus: het gebruik van drie verschillende rondsels, vloeibaar borgmiddel, een verhoging van het aanhaalmoment en het verwijderen van de coating. We hebben deze verschillende mogelijke oplossingen een voor een gecheckt.

Ten slotte bleef er maar een mogelijke verklaring over: de coating (de verflaag dus) van de motorsteunen bleek de oorzaak van het loskomen van de bouten te zijn. Doordat de motorsteunen een beetje kunnen bewegen ondanks ze vastgeschroefd zijn, kon de kop van de bout zich inwerken in de coating. Hierdoor nam de voorspanning van de bouten drastisch af. Het effect van de coating op de bouten is moeilijk te modelleren. Als je de coating van de bouten lokaal verwijdert, is het probleem volledig verholpen en kan de Ford personenwagen geheel probleemloos over de rijbaan denderen.

 

 

 

Bibliografie

Bibliography [1] E. Scharlee, Body and chassis durability, slide presentation, vehicle attribute program product development Europe, 22 April 2008. [2] H. Wittel, D. Muhs, D. Jannasch en J. Vossiek, Roloff/Matek Machinenelemente, vol. 19, Vieweg + Teubner, 2009, pp. 217-264. [3] ASM International Handbook Committee, Fatigue and Fracture, vol. 19, S. R. Lampman, Red., The materials information society, 1996, pp. 287-288. [4] S. Nassar, B. S. Munn en X. Yang, „Effect of threaded fastener condition on low cycle fatigue failure in metric bolt under transverse loadings,” SAE Technical Paper, nr. 2008-01-0700, pp. 1-9, January 2008. [5] S. Toshiyuki, H. Yamanaka, M. Ishimura en Y. Shoji, „Experimental evaluation of screw thread loosening in bolted joints with some parts and analytical approach of loosening mechanism of the joints under repeated transverse loadings,” SAE Technical Paper, nr. 2006-01-0988, pp. 1-13, April 2006. [6] S. Hashimura, „Influences of various factors of bolt tightening on loosening-fatigue failure under transvers vibration,” SAE Technical Paper, nr. 2007-01-0807, pp. 1-11, April 2007. [7] S. Hashimura en Y. Kurakaka, „A study to predict fatigue limits of bolted joints under transverse vibration,” SAE Technical Paper, nr. 2010-01-0964, pp. 1-12, December 2010. [8] G. H. Junker, „New criteria for self-loosening of fasteners under vibration,” SAE Technical Paper, nr. 690055, pp. 1-24, January 1969. [9] R. Friede en J. Lange, „Loss of preload in bolted connections due to embedding and self loosening,” SDSS' Rio 2010 Stability and ductility of steel structures, pp. 1-8, September 2010. [10] P. Bouche, Seminar Strain Gauges, Faculty Club Leuven, 2011, pp. 1-32. [11] D. K. Lambert, “Capacitive proximity sensor,” 20 04 2004. [Online]. Available: http://www.freepatentsonline.com/6724324.html. [Accessed 28 02 2013]. [12] A. McDougall, “PI in Control,” 2010. [Online]. Available: http://pc-control.co.uk/Capacitive.htm. [Accessed 28 02 2013]. [13] Robert Bosch gmbh, “Capacitec proximity sensor system,” 2013. [Online]. Available: http://www.bosch.us/content/language1/html/7748.htm. [Accessed 12 02 2013]. [14] P. J. Jianbiao, Minitab tutorial for Design and Analysis of Experiments, Minitab, 2007, pp. 1-32. [15] Ford Motor Company, Six Sigma Black Belt, 10.3, vol. 2, open source six sigma, 2011, pp. 504-577. [16] G. Hartmann, „Potentials and Limitations of Ultrasonic Clamp load Testing,” SAE Technical Paper, nr. 2007-01-1668, pp. 1-6, 2007. [17] S. Hareyama, R. Takada, T. Shimodaira, K. Tamura, A. Hoshi en M. Nakashima, „A Proposal for the Absolute Estimation Method on Self-loosening of Bolted Joints during Off-road Vehicle Operation,” SAE Technical Paper, pp. 1-7, May 2011.

Universiteit of Hogeschool
Ingenieurswetenschappen: Werktuigkunde
Publicatiejaar
2013
Kernwoorden
Share this on: