В автомобилях с традиционным двигателем внутреннего сгорания крепёж в первую очередь решает задачу конструкционной сборки. В электромобиле три ключевые системы — тяговая батарея, тяговый двигатель и электронный контроллер — перемещают крепёж из разряда рядовых деталей разовой сборки в разряд деталей, отвечающих за безопасность. Аккумуляторный блок должен сохранять защиту от воды и пыли, двигатель — длительно работать при высокой температуре, а контроллер — выдерживать непрерывную вибрацию и скачки напряжения. Все эти условия предъявляют к болтам требования по классу прочности, коррозионной стойкости, сопротивлению самоотвинчиванию и стабильности момента, которые заметно выше обычных кузовных деталей. Автозаводы повсеместно опираются на систему менеджмента качества автопромышленности IATF 16949 при работе с поставщиками и отдельно прописывают в технических соглашениях на детали значения момента, защиты от самоотвинчивания и испытаний в солевом тумане для критических точек соединения.

Почему трёхэлектрическая система предъявляет особые требования к крепежу

Принципиальное отличие соединений трёхэлектрической системы от обычных кузовных соединений состоит в том, что цена ошибки многократно возрастает. Ослабление обычного салонного болта в худшем случае вызывает посторонний шум, тогда как ослабление высоковольтного соединения аккумуляторного блока может привести к электрической дуге, перегреву и даже к тепловому разгону. Поэтому при проектировании крепежа трёхэлектрической системы нужно заранее ответить на три вопроса: не ослабнет ли соединение в течение всего жизненного цикла, выдержит ли антикоррозионная защита 15-летнюю эксплуатацию автомобиля, сохранится ли разброс момента при массовом производстве. Именно поэтому для ответственных болтов трёхэлектрической системы повсеместно выбирают легированную сталь класса прочности 10.9 и даже 12.9, дополняя её антивибрационными и антикоррозионными технологиями, а не ограничиваются обычными стандартными изделиями класса 8.8.

Аккумуляторная система: соединение с самым высоким запасом безопасности

Аккумуляторный блок — это узел трёхэлектрической системы, к крепежу которого предъявляются самые жёсткие требования. В соответствии с GB 38031-2020 «Требования безопасности к тяговым аккумуляторным батареям электромобилей» и GB/T 31467.3 батарейный блок должен пройти серию испытаний на вибрацию, удар, циклы температуры и влажности; по сути эти испытания проверяют долговременную надёжность всей системы соединений. На практике обычно закладывают тройной запас: выбирают болты с антивибрационной конструкцией или стопорные шайбы, прикладывают нормированный момент к высоковольтным точкам и наносят контрольную метку, а для крышки и корпуса применяют совмещённую конструкцию уплотнения и антикоррозии. В соединениях шин дополнительно нужно контролировать контактное сопротивление: недостаточный момент повышает сопротивление и приводит к нагреву, а избыточный может повредить гибкую перемычку, поэтому диапазон момента должен быть зафиксирован на чертёже детали.

Двигатель и контроллер: затяжка в условиях высокой температуры и вибрации

При высокой нагрузке обмотки и корпус тягового двигателя могут прогреваться выше 120 °C, поэтому болты торцевой крышки и статора должны сохранять усилие зажатия при этой температуре без релаксации напряжений. В проекте выбирают болты из легированной стали с хорошей термической стабильностью и проверяют сохранение усилия зажатия термическими испытаниями на старение; одновременно на поверхности резьбового сопряжения применяют противозадирное покрытие, чтобы при многократной разборке и сборке не возникала холодная сварка резьбы у болтов из нержавеющей стали или с гальваническим покрытием. Корпус контроллера длительно воспринимает дорожную вибрацию автомобиля, поэтому резьбовые соединения требуют антивибрационных мер и непрерывности заземления корпуса, чтобы из-за вибрации в экранирующем слое не возникало изменения контактного сопротивления.

Материалы и антикоррозия: цинк-никелевое покрытие, гальваническая коррозия и водородная хрупкость

Корпуса трёхэлектрической системы массово выполняют из литья под давлением алюминиевых сплавов и алюминиевых крышек. Если напрямую применять болты из углеродистой стали с цинковым покрытием, между сталью и алюминием возникает заметная разность потенциалов, и во влажно-тепловой среде легко развивается гальваническая коррозия. Основной подход — использовать для высокопрочных болтов гальваническое цинк-никелевое покрытие, которое в нейтральном солевом тумане выдерживает сотни часов, а дополнительное пассивирование ещё повышает коррозионную стойкость; в местах контакта с магниевым сплавом предпочтение отдают алюминиевым болтам или изолирующим решениям, устраняющим гальваническую коррозию подбором потенциалов. Особое внимание: у высокопрочной стали класса выше 10.9 при гальмовании существует риск водородной хрупкости с запаздывающим разрушением, поэтому по технологическому регламенту обязателен отжиг на удаление водорода, а толщина покрытия и испытания на водородную хрупкость подлежат верификации.

Затяжка и управление процессом: метод момента, метод «момент-угол» и значение K

Один и тот же момент, приложенный к болтам с разным коэффициентом трения, может дать разницу усилия предварительной затяжки в два раза. Для ответственных соединений трёхэлектрической системы повсеместно применяют метод «момент-угол» или контроль точки текучести, а не простой метод момента; одновременно через партийный контроль коэффициента момента K колебания коэффициента трения удерживают в проектных границах. Перед запуском в серию проводят испытание «момент — усилие зажима», чтобы убедиться, что в заданном диапазоне момента предварительная затяжка попадает в проектный коридор, а на линии инструмент затяжки проходит периодическую поверку. Этот шаг выглядит кропотливым, но именно он позволяет по-настоящему перенести «проектную предварительную затяжку» на готовое изделие.

Рекомендации по выбору и приёмочные точки

Сведём выбор крепежа трёхэлектрической системы к исполняемому чек-листу:

• Класс прочности: для высоковольтных соединений аккумуляторного блока и торцевых крышек двигателя — класс 10.9 и выше; для обычных крышек и кронштейнов допустим класс 8.8.
• Антикоррозия: для открытых частей и корпусов трёхэлектрической системы в первую очередь цинк-никелевое гальванопокрытие с пассивированием; в местах контакта с магниевым сплавом переходить на алюминиевые болты или изолирующую развязку.
• Защита от самоотвинчивания: на вибронапряжённых местах добавлять стопорные шайбы или выбирать самоконтрящиеся гайки с рабочим моментом и проверять затухание момента.
• Процесс: для ответственных болтов применять метод «момент-угол», сохранять кривую момента, вести партийный контроль K и испытание «момент — усилие зажима».
• Верификация: по GB 38031 и GB/T 31467.3 после вибрации и циклов температуры-влажности повторно проверять момент и внешний вид.