“设计与开发专栏”汽车紧固件设计与选择策略

从紧固件库中,选择适用的紧固件。选择时不仅要考虑紧固性能,还要考虑是否易于装配、是否易于售后返修、是否满足美观要求、成本是否尽可能低等问题。

今天,螺丝君来介绍:紧固件设计选用时,需要考虑的事项。

01

紧固件品种和功能选用

整车紧固件通常的紧固方式有:螺栓、螺钉、双头螺柱与螺母或螺纹孔配合、自攻螺钉与预制孔配合、卡扣管夹嵌入式配合、卡箍环箍锁紧配合几种方式。

其主要应用特点如下:

  • a. 螺栓、螺钉、双头螺柱与螺母或螺纹孔配合的型式主要用于承受较大载荷的高强度连接副,具有结构简单,稳定的特点;
  • b.自攻螺钉与预制孔配合型式一般用于将重量较轻的物体,如内饰,小型电器类零件固定在金属薄板上;
  • c.卡扣、管夹类塑料紧固件一般用于将线束等小直径管路固定嵌入钣金类;
  • d.卡箍、环箍多用于低压液压系统或气压系统,冷却管路等。

02

确定紧固件的规格和性能等级

每个螺栓的强度和摩擦系数都是有明确定义的,其能提供的预紧力根据不同的扭矩策略是不同的,但在某个扭矩策略下,其最小预紧力是可以确定的。

得出连接点所需要的最小预紧力后,对比哪种规格的螺栓能够提供的最小预紧力大于它,就可以选择其中最经济的规格和性能等级,

以下,是选用的大致步骤:

  • a.确定连接方式:承受抗拉载荷,承受剪切载荷还是复合载荷?
  • b.根据连接方式确定连接副工作载荷;
  • c.计算螺栓承受的轴向载荷和切向载荷;
  • d.确定最小夹紧力;
  • e.校核被夹紧件的面压力,防止压溃;
  • f.确定合适的规格、性能等级。

03

头部型式的选用

紧固件头部形状较多,以适应不同的装配空间、拧紧程度、连接外观等要求,其头部主要作用为承载和扳拧,选用时应注意:

04

锁紧方式的选用

常见锁紧方式主要为螺栓-锁紧垫圈组合件、锁紧螺母(全金属锁紧螺母和非金属嵌件锁紧螺母)、锁固胶三种型式。

选用时应注意:

  • a.不建议机械性能等级为8.8级及以上的螺钉采用螺钉-锁紧垫圈组合件;
  • b.全金属锁紧螺母的优点是耐温性好,不适用于需要经常拆卸的连接部位;
  • c.非金属嵌件锁紧螺母的优点是耐冲击性、抗振性、重复使用型较全金属型好,但耐温性较差,避免在高温区域使用;
  • d.常用锁固胶为微胶囊预涂式锁固胶和尼龙锁固胶,前者较后者使用温度高,但缺点是不能重复使用,每次拆卸后需更换新的紧固件并清理螺纹孔。

05

表面处理的选用

  • a.紧固件颜色选择的原则是与被夹紧件匹配,在非外观件条件下,优先选用银白色;
  • b.紧固件根据使用在车内不同部位,可采用不同等级的防锈等级;
  • c.机械性能等级大于8.8级时,不推荐采用镀锌钝化做表面处理,一般推荐非电解锌片涂层。弹簧垫圈等所有硬度高于350HV的紧固类零件不推荐使用镀锌钝化做表面处理,以防止可能出现的氢脆失效。

06

等级匹配性的选用

一般情况下,螺母与螺栓、螺柱或螺钉机械性能等级的匹配,如下:

  • a.8级螺母可以与8.8级的螺栓、螺柱或螺钉相配;
  • b.10级螺母可以与10.9级的螺栓、螺柱或螺钉相配;
  • c.12级螺母可以与12.9级的螺栓、螺柱或螺钉相配。

一般说来,性能等级较高的螺母可以代替性能等级较低的螺母,如10级螺母可以代替8级螺母与8.8级的螺栓、螺柱或螺钉相配。

07

配合长度的选用

  • a.在螺纹连接部位中,不仅仅是螺栓与螺母的标准配合,仍有较大部分是螺栓与在铸铁(钢),铝合金和铜合金等。下表规定了上述情况匹配使用时的最小啮合长度要求,推荐使用:材料上攻出的内螺纹匹配的情况。对不同的材质,为保证能承受足够的连接应力,需使用不同的啮合长度;
  • b. 在不干涉其它零件情况下,螺栓和螺柱与螺母相配后末端应超出螺母顶面2-3个牙为宜,当螺栓拧入盲孔时,应确保螺栓的长度不得与盲孔产生干涉。

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