你对汽车上的这些紧固件了解多少?不要说太多。来看看

一直以来,汽车紧固件就以品种繁多、型式多样、规格不一的基本特征为主,它的选择和使用涉及到结构分析、连接设计、失效与疲劳分析、腐蚀要求和装配方法,以及相关的产品质量控制与试验等,这些因素在很大程度上决定了汽车产品的最终质量与可靠性。

一、汽车紧固件概述

根据ISO898-1、GB/T3098.1标准高强度螺栓的服役条件,对其力学性能一般有以下要求:

①较高的抗拉强度和高的屈强比;

②足够高的塑性,尤其是采用塑性区拧紧时;

③可以反复拧紧,即能够承受足够多次的大应力幅加载,具有较好的低周疲劳性能;

④当承受交变载荷时,应具有较好的高周疲劳性能;

⑤当承受冲击载荷时,应具有较高的冲击韧度;

⑥良好的耐延迟断裂性能;

⑦良好的耐低温性能;

⑧良好的抗蠕变、抗应力松弛性能;

⑨较低的缺口敏感性(螺栓系多缺口零件);

⑩稳定的表面摩擦系数,以获得稳定的装配预紧力。

汽车紧固件标准中技术要求的试验项目

二、螺纹紧固件的定义及分类

汽车的零部件最常见的紧固件如图所示,拧紧螺栓时在螺栓.上引|起的力如图所示,作用在被紧固件.上的力为夹紧力。常用螺纹标准是米(公)制螺纹,少部分从美国、英国来的进口车可能用寸制螺纹(UNC,UNF),此外车.上部分传感器和螺塞还使用圆柱管螺纹和圆锥管螺纹。

各类紧固件

螺栓上引起的力

三、螺纹紧固件使用注意事项

1、不同的螺纹类型不可以相互代用,否则会导致螺纹损坏。为防止对紧固件造成损坏,螺纹紧固件装配时需先用手(或手指)拧紧螺栓或螺母的前3 ~ 5圈,否则很可能会造成损坏。

2、按螺栓和螺母在拧入时的方向分为右旋和左旋螺纹,但左旋螺纹不常用,上印有字母“L”右旋螺纹较为常用。右旋螺纹顺时针旋转是拧紧(右旋紧,左旋松),左旋螺纹逆时针方向是拧紧。

3、使用预先确定的拧紧力矩是控制紧固件张力的最常见的方法。轴向张力与施加在某些特定条件下的扭矩成正比,最常见的条件是干净干燥、良好的螺纹。此时,在螺纹上的摩擦消耗了所用扭矩的40%,螺栓头部和配合表面之间的摩擦用了50%的扭矩,剩下的10%用于拧紧螺栓。干燥的表面摩擦力最大,当紧固件上涂了润滑剂时,摩擦力变小。

4、注意,维修手册上规定的旋紧螺纹件的扭矩是指干净无油条件下。有油污的螺纹件即使按规定扭矩旋紧后,对零部件夹紧力仍可能不稳定或不足。因此,除非维修手册上另有规定,否则是指干燥干净的螺纹。

四、紧固件强度等级

钢制连接用螺栓性能等级分为3.6、4.6、 4.8、5.8、6.8、8.8、9.8、10.8、 12.9等10余个等级,如图所示。其中等级为8.8或更高的公制紧固件必须有标记,8.8级及以上的螺栓材质为低碳合金钢或中碳钢并经热处理(淬火、回火),通称为高强度螺栓,其余通称为普通螺栓。

螺纹紧固件的强度等级标识

ISO公制螺栓强度等级标号是由两部分数字组成,分别表示螺栓材料的公称抗拉强度值和屈强比值。例如4.8,级的螺栓,其含义是此螺栓的抗拉强度为400MPa;螺栓材质的屈强比值为0.8,屈服强度为400x 0.8=320MPa。

螺栓强度等级的含义是国际通用的标准,相同性能等级的螺栓,不管其材料和产地是否相同,只要性能相同,更换时选用相同性能等级即可。换用强度较低的螺栓容易折断,强度较高的螺栓也并不总是安全的,强度更高的螺栓往往更脆,可能会在特定的应用中出现故障,而且成本也更高。螺母上的等级标记与螺栓上的标记相同,如图中右图所示。

五、有效力矩形螺纹紧固件

有效力矩型螺纹紧固件俗称“自锁螺栓和自锁螺母”它通过在紧固件和配对物间形成螺纹接合面来防止紧固件松动。

有效力矩形螺纹紧固件(自锁螺纹和螺母)

有效力矩型紧固件分为全金属有效力矩型紧固件、尼龙结合面有效力矩型紧固件、螺纹剖面变形式有效力矩型螺栓和螺纹部位失圆式有效力矩型螺栓四种类型。

全金属有效力矩紧固件通过有意设计的紧固件扭曲或变形来形成螺纹接合面。例如,图(b)中自锁螺母顶部有一个弹簧板,该弹簧板压在螺纹上,使螺母很难松开,拆卸后,这种螺母仍可再次使用。图4中的7有螺纹剖面变形式有效力矩型螺栓,顾名思义是螺纹拧紧时变形而产生防松阻力。尼龙接合面有效力矩紧固件在紧固件螺纹上采用了尼龙材料来形成螺纹接合面。

有效力矩形螺母(自锁螺母)

有效力矩紧固件是否可再次使用取决于紧固件和配对物均清诘且未损坏,紧固件和配对物就位前应能形成规定的最小扭矩。例如:全金属有效力矩M8螺纹件最小扭矩0.8Nm、M10, 1.4Nm;尼龙接合面有效力矩M8螺纹件0.6Nm、M10,1.1Nm;大致是自锁螺母如用手可轻松旋,入则不可再使用。

涂螺纹锁止剂式有效力矩型紧固件再次使用前,应切去原配对螺纹_上的螺纹锁止剂,否则拧紧力矩难于准确,然后在螺纹末端涂.上少量的紧固锁止剂,即可在拧入螺栓时将紧固锁止剂带入螺纹中。当使用高强度锁止剂时,有时可用加热(使用加热枪)来软化材料后再旋松;过量使用锁止剂会导致在松开过程中损坏螺纹或使螺栓断裂,还可能会导致塑料部件破裂,所以切勿将锁止剂与塑料部件接触。此外,使用锁止剂会增大松动扭矩,拆卸时注意不要损坏螺栓。

六、塑性区螺栓(屈服力矩形紧固件)

将螺栓旋紧到超出弹性范围,这个范围的大小与螺栓张紧度(轴向拉力)和旋转角度成正比例增加,如图所示。塑性区螺栓很好地避免扭矩过大或过小的问题,因为它先拧至规定扭矩,尔后又要再拧紧-个或几个角度,但从下图可见,在塑性区范围内再怎么紧固,只有螺栓旋转角改变了,而轴向拉力增大较小,可视为未改变,而如果普通高强度螺栓这样拧紧,扭矩(轴向拉力)则会超标。这种拧紧法可降低相对于螺栓旋转角轴向拉力的不均匀性,使螺栓的轴向张力稳定。

塑性区螺栓拧紧原理

塑性区螺栓能提供高且稳定的轴向张力,常用作汽缸盖、连杆轴承盖、曲轴轴承盖、曲轴与飞轮等处的固定螺栓。例如:连杆轴承盖螺栓扭矩过大,将使轴承的油隙过小,这可能导致轴承卡死;另一-方面, 扭矩过小可能导致运转时螺栓松动并脱落,从而导致严重的发动机损坏。

此外,塑性区螺栓头都是12角形的(外或内12角形),对安装位置的空间要求可能更小。拧紧塑性区螺栓需要遵照修理手册中的指示,因为拧紧塑性区螺栓的方法是螺栓先拧紧到规定的力矩,然后再一次或分几次拧紧一定角度。

拆卸后是否重新使用塑性区螺栓,可按维修理手册中的指示来定。如果GM车规定是更换,而TOYOTA车是测量螺栓直径的收缩值来决定。例如,图(a)是TOYOTA车2ZR-FE发动机连杆螺栓,标准直径为7.2~ 7.3mm,极限最小直径为7 .0mm。在测量区域中使用游标卡尺测量,如果测量结果小于7.0mm,则须更换螺栓。

测量螺栓直径

七、深凹槽型螺栓

没有强度标记的深凹槽型螺栓是六角头_上有减重凹槽的法兰螺栓,是按法兰外径进行的分类,它们的法兰外径比带有法兰头的标准螺栓的直径要大。安装这类螺栓应小心地装在正确的位置并施加规定的扭矩。

深凹槽型螺栓

八、均匀支撑应力螺栓

均匀支承应力螺栓的结构能防止松动。因为在它螺栓头的下法兰面.上滚压或锻造一个5~60' 的小角度,这会导致法兰在螺栓拧紧时弯曲,从而提供额外的摩擦力来保持螺栓紧固。此种螺栓可能标或不标强度标记。

均匀支撑应力螺栓

九、内六角花形头螺栓

这种螺栓的结构能承受来自套筒到螺栓的更大的扭矩。在螺栓强度不变条件下,对安装位置的空间要求可更小。按使用旋紧扳柄不同,分为“T型”和“E型”。

内六角花形头螺栓

十、汽车紧固件品种优化、材料及热表处理

随着汽车行业的不断发展,各汽车厂家为遏制汽车紧固件不断增多所带来生产、管理等成本的增高,从结构要素、材料和热处理及表面处理4个方面对紧固件对标优选。

汽车紧固件品种优化分为:螺栓、螺钉、螺母、螺纹、垫圈。

优先推荐六角法兰面螺栓,对六角头螺栓、六角头螺栓+弹簧垫圈、六角头螺栓+弹簧垫圈+平垫圈、六角头螺栓+平垫圈限制使用。

由于对装配效率的要求也在不断提高,优先选用内六角花形螺钉,优化标准结构,逐渐限制内六角螺钉和十字槽螺钉的使用。

若结构允许,优先使用六角法兰面螺母。对于有特殊防松要求的部位,考虑使用有效力矩型锁紧螺母,如全金属锁紧螺母和非金属嵌件锁紧螺母。

因为细牙螺纹的承载能力和防松能力要比粗牙螺纹高,所以在选用较大规格螺纹紧固件的时候,应尽量选择细牙螺纹,同时也可以减少螺纹紧固件的品种。

粗牙与细牙螺纹螺距对比(mm)

为提升装配效率,降低漏装、错风险,原则上不允许垫圈类产品单独存在。

汽车紧固件包括螺栓、螺母、垫圈,大部分必须经过表面处理,保护免于腐蚀,改善外观或达到一定特殊功能。

随着环保逐渐加严,汽车紧固件使用三价铬钝化、锌铝涂层等更环保的方式是今后趋势,铬酸盐钝化膜长时间暴露在70°C以上的环境中,防腐性能会受到破坏,因此对于环境温度较高的区域,镀锌钝化慎用。

锌铝涂层无氢脆现象,且满足环保要求,镀层颜色有黑色及灰色,10.9级及以上的螺栓优先推荐使用。锌铝涂层与基体附着强度不如镀锌,使用中有掉粉现象,因此不能用于传动部件的内部,对于需要反复拆卸的螺栓也不建议使用。

锌镍合金与镀锌相比防腐能力有大幅提升,经过钝化和封闭处理后,还满足耐高温的使用要求。

铜的熔点在1083 C左右,在高温环境下,为避免螺纹件烧结,表面处理选择镀铜,特别是发动机排气歧管周边的汽车紧固件。

材料与热处理,汽车高强度螺栓-般指8.8级或以 上级产品,不仅要求具有很高的抗拉强度和屈服比,而且还要具有很高的低温冲击性能,制造的难点之一也在于高强螺栓调质处理。

为了汽车高强度螺栓热处理质量,钢材应在碳含量控制在中上限,既可提高钢材的强韧性,又可减少偏析倾向;合金元素控制在上限,可增加钢材的淬透性和提高强韧性;尽量减少有害残留元素的含量,保证钢材的纯净度。

调质处理过程中螺栓内部组织和性能的变化无法实时监测,这是质量控制难点之-。装炉前应认真核对螺栓头部标记,保证被处理螺栓的信息准确无误和热处理后不丢失以及可辨认,淬火加热过程严格控制,碳势要准确无误,记录每一-批螺栓淬火出炉的时间。

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