宝马汽车召回！！！却折射出中国机械设计的“软肋”

本文就是在VDI 2230 基础上，结合工程实际中遇到的问题，阐述如何将VDI 2230应用到工程实际中，分享从中获得的收获。本着抛砖引玉的目的，以期与广大工程师同仁深入探讨、钻研。

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最近，媒体一则爆炸新闻刷遍了朋友圈：宝马（中国）汽车贸易有限公司召回部分进口X4、X5、X6汽车。召回原因概要说明：车辆的轮毂螺栓可能因装配失误未被正确拧紧至标准扭矩，会造成车辆行驶中底盘异响、振动；若轮毂螺栓完全脱落，则车轮可能脱离车辆，导致车辆失控，存在安全隐患。

这次宝马汽车召回事件给我们广大制造业企业敲响了警钟：

1、螺栓虽小，但是重要性却大。螺栓的失效除了工人安装时候不遵守安装手册的要求导致的失效，绝大多数情况都是产品设计的时候计算不准确埋下的隐患。

2、宝马官方承认：预紧不足造成地盘异响、振动，进一步松动可能引起车轮脱开的严重后果。也就是说预紧力不足是造成螺栓联接松动的直接和唯一原因。
宝马召回车辆，本应该在中国的技术领域一石激起千层浪，引起设计研发人员的大讨论。

然而事实确实相反，社交媒体看不到任何技术讨论，全部是错愕或是无所适从。这折射出中国制造业机械设计的软肋—对VDI2230这个螺栓设计计算法宝研究的不够深入。本人不才，愿意就此做些分析，发表些个人看法，希望起到抛砖引玉的作用，引起大家的讨论。

我也非常愿意与同行进行技术交流。针对1中工人安装不规范的问题，我建议采取的对策是：重新设计计算螺栓联接，严格按照VDI2230学科的方法进行详细计算，加大安全系数，尤其是抗动载荷的安全系数。如此，即使在安装过程中没有把螺栓拧紧至标准扭矩依然会有足够的安全余量，这样螺栓的失效概率大大降低。

针对2中预紧力不足，除了重新按照VDI2230进行计算和设计螺栓联接，增加安全系数，还要考虑改变预紧手段，即在某些对残余预紧力要求比较高的部位，不用屈服点控制法而用扭矩法预紧。因为屈服点控制法的显著有点就是预紧力控制得相对准确。但缺点是在预紧状态其安全系数较小，在工作状态，其承载能力较低。一旦外载荷比设计输入载荷大，极容易失效。

当然，螺栓本身不一定发生断裂，但是由于螺栓发生塑性变形，导致预紧力显将低，进而联接松动。这就是为什么在风力发电和轨道交通这类重载领域基本不采用屈服点控制法的原因。

最近有传闻，说某个风力发电机主机厂计划对变桨轴承和叶片之间的联接螺栓采用屈服点控制法，本人认为绝不可行，后续风险极大。至于保证预紧力的有效性方面，我们可以通过VDI2230学科进行精确的计算，提前把各种干扰因素考虑在设计环节，完全可以解决预紧力不达标的问题。绝不可通过降低安全系数、增加工作状态下联接松动的危险性来保证预紧状态的预紧力。虽然在VDI2230中的第R7步推荐按照 , 其中v是利用率，但是此公式的应用是有着非常严格的使用条件的。

另外宝马在召回声明中提到了标准扭矩，但是没有说这个标准扭矩是它们企业内部针对涉及到召回的这几种产品的相关部位螺栓的标准扭矩还是根据什么标准来的标准扭矩。因为根据VDI2230，根本没有标准扭矩一说，所有需要打的扭矩都是需要通过VDI2230来计算得到的值。即使是VDI2230本身附表A1-A4中所列的扭矩也不是标准扭矩，依然是有严格的限制条件的，而且是绝大多数情况下不能直接采用的（比如风电和轨道交通产品）。

所以，如果宝马说是没有达到标准扭矩，那是设计失误。他们更应该表述为没有达到设计扭矩。所以我们在计算设计时需要详细了解VDI2230中各个公式的应用范围和前提，否则就是与设计初衷南辕北辙、背道而驰。

因此，凡是用到螺栓，并且螺栓的安全等级要求在H和M级别，都要严格按照德国工程师协会的螺栓设计计算学科VDI2230来进行设计和分析。绝不能仅仅按照其13个计算步进行计算，生搬硬套。而要根据具体产品、具体应用，灵活使用VDI2230的思想，具体问题具体分析。这样才能达到所有使用要求都能满足和覆盖到，而不至于顾此失彼。

宝马此次招回汽车事件，对于中国的制造业是一次免费的VDI2230高级课。制造业企业如果以此事件为研究对象，深入分析，穷究物理，吸取教训，有则改之无则加勉，则能迅速提高企业的高端设计能力，拜托模仿抄袭的低层次工作。我们常说对于西方的先进的技术优势，我们要弯道超车，其实无非就是两点：

第一、包括VDI2230在内的众多欧美国家研究成熟并广泛应用的学科、技术、标准直接为我们所用，并在其基础上发扬光大。

第二、对于欧美企业出现的案例，我们不能等闲视之。一定要积极研判，防患于未然。他们的每个案例都是我们增长知识，积累经验的绝佳机会。

为了应对这种局面，也为了科技报国，同时还为了实现本人自身的人生价值，自回国后，一直努力推广德国工程师协会的螺栓设计计算导则VDI2230。

VDI是德国工程师协会这一世界上最大、知名度最高的工程师协会的简称，Verein Deutscher Ingenieure。VDI2230是专门针对螺栓的一门学科，它可以解决：

• 理论上，系统地，全面地（五大安全系数，预紧力，预紧力矩），对螺栓及被加紧件的受力和变形分析；
• 根据VDI2230可以反过来知道被加紧件的设计；
• 根据VDI2230可以对影响螺栓安全系数的因素进行分类和归类，进行FEMA 失效分析，故障分析；
• 计算速度和成本优势明显，精度有保证，不受设计计算人员的影响。
• 便于企业制定通用的设计导则，使设计规范化，流程化。

VDI2230导则无论从内容的深度，囊括的广度，还是从系统性和流程化方面都是机械类技术中的精华。我们称其为导则，其实它是一门学科。

将近280页的内容还是不能把所有关键的理论分析过程和公式推导过程都纳入其中，必须系统地并且有具有经验丰富的专家指导学习，这样才能达到融会贯通，既不迷惘混乱，也不疲于奔命的效果。

根据我接触过的学员，浅尝辄止最终导致半途而废的占绝大多数。并且，这门科目理论性非常强，应该范围极广，有关螺栓的关键点几乎尽入彀中。但要应用到具体项目，需要有丰富的工程经验。