「基礎知識」車用螺紋緊固件的結構及使用特點

2020-12-13 飛哥學車

一、螺紋緊固件的定義及分類

螺紋緊固件是將汽車的部件連接起來的裝置,是汽車維修 技術人員接觸最多的零件,現代汽車中使用了數百種緊固件。常 見的緊固件如圖1所示,擰緊螺栓時在螺栓上引起的力如圖2所 示,作用在被緊固件上的力為夾緊力。常用螺紋標準是米(公)制 螺紋,少部分從美國、英國來的進口車可能用寸制螺紋(UNC, UNF),此外車上部分傳感器和螺塞還使用圓柱管螺紋和圓錐管 螺紋。

二、螺紋緊固件使用注意事項

1.不同的螺紋類型不可以相互代用,否則會導致螺紋損壞。為防止對緊固件造成損壞,螺紋緊固件裝配時需先用手(或手指)擰緊螺栓或螺母的前3~5圈,否則很可能會造成損壞。

2.按螺栓和螺母在擰入時的方向分為右旋和左旋螺紋,但左 旋螺紋不常用,上印有字母「L」,右旋螺紋較為常用。右旋螺紋順 時針旋轉是擰緊(右旋緊,左旋鬆),左旋螺紋逆時針方向是擰緊。

3.使用預先確定的擰緊力矩是控制緊固件張力的最常見的方 法。軸向張力與施加在某些特定條件下的扭矩成正比,最常見的 條件是乾淨乾燥、良好的螺紋。此時,在螺紋上的摩擦消耗了所 用扭矩的40%,螺栓頭部和配合表面之間的摩擦用了50%的扭 矩,剩下的10%用於擰緊螺栓。乾燥的表面摩擦力最大,當緊固 件上塗了潤滑劑時,摩擦力變小。

4.注意,維修手冊上規定的旋緊螺紋件的扭矩是指乾淨無油 條件下。有油汙的螺紋件即使按規定扭矩旋緊後,對零部件夾緊 力仍可能不穩定或不足。因此,除非維修手冊上另有規定,否則 是指乾燥乾淨的螺紋。

三、緊固件強度等級

鋼製連接用螺栓性能等級分為3.6、4.6、4.8、5.8、6.8、 8.8、9.8、10.8、12.9等10餘個等級,如圖3所示。其中等級為 8.8或更高的公制緊固件必須有標記,8.8級及以上的螺栓材質為 低碳合金鋼或中碳鋼並經熱處理(淬火、回火),通稱為高強度螺 栓,其餘通稱為普通螺栓。

ISO公制螺栓強度等級標號是由兩部分數字組成,分別表示 螺栓材料的公稱抗拉強度值和屈強比值。例如4.8級的螺栓,其 含義是此螺栓的抗拉強度為400MPa;螺栓材質的屈強比值為 0.8,屈服強度為400×0.8=320MPa。

螺栓強度等級的含義是國際通用的標準,相同性能等級的螺 栓,不管其材料和產地是否相同,只要性能相同,更換時選用相 同性能等級即可。換用強度較低的螺栓容易折斷,強度較高的螺 栓也並不總是安全的,強度更高的螺栓往往更脆,可能會在特定 的應用中出現故障,而且成本也更高。螺母上的等級標記與螺栓 上的標記相同,如圖3中右圖所示。

四、有效力矩型螺紋緊固件

有效力矩型螺紋緊固件(圖4)俗稱「自鎖螺栓和自鎖螺 母」,它通過在緊固件和配對物間形成螺紋接合面來防止緊固件 鬆動。

有效力矩型緊固件分為全金屬有效力矩型緊固件、尼龍結合 面有效力矩型緊固件、螺紋剖面變形式有效力矩型螺栓和螺紋部 位失圓式有效力矩型螺栓四種類型。

全金屬有效力矩緊固件通過有意設計的緊固件扭曲或變形來 形成螺紋接合面。例如,圖5(b)中自鎖螺母頂部有一個彈簧板, 該彈簧板壓在螺紋上,使螺母很難鬆開,拆卸後,這種螺母仍可 再次使用。圖 4中的7有螺紋剖面變形式有效力矩型螺栓,顧名 思義是螺紋擰緊時變形而產生防松阻力。尼龍接合面有效力矩緊 固件在緊固件螺紋上採用了尼龍材料來形成螺紋接合面。

有效力矩緊固件是否可再次使用取決於緊固件和配對物均 清詰且未損壞,緊固件和配對物就位前應能形成規定的最小扭 矩。例如:全金屬有效力矩M8螺紋件最小扭矩0.8Nm、M10 ,1.4Nm;尼龍接合面有效力矩M8螺紋件0.6Nm、M10,1.1Nm;大致是自鎖螺母如用手可輕鬆旋入則不可再使用。

塗螺紋鎖止劑式有效力矩型緊固件(圖4中6)再次使用前,應 切去原配對螺紋上的螺紋鎖止劑,否則擰緊力矩難於準確,然後在 螺紋末端塗上少量的緊固鎖止劑,即可在擰入螺栓時將緊固鎖止劑 帶入螺紋中。當使用高強度鎖止劑時,有時可用加熱(使用加熱槍) 來軟化材料後再旋鬆;過量使用鎖止劑會導致在鬆開過程中損壞螺 紋或使螺栓斷裂,還可能會導致塑料部件破裂,所以切勿將鎖止劑 與塑料部件接觸。此外,使用鎖止劑會增大鬆動扭矩,拆卸時注意 不要損壞螺栓。

五、塑性區螺栓(屈服力矩型緊固件)

將螺栓旋緊到超出彈性範圍,這個範圍的大小與螺栓張緊度 (軸向拉力)和旋轉角度成正比例增加,如圖6所示。塑性區螺栓很 好地避免扭矩過大或過小的問題,因為它先擰至規定扭矩,爾後 又要再擰緊一個或幾個角度,但從圖6可見,在塑性區範圍內再 怎麼緊固,只有螺栓旋轉角改變了,而軸向拉力增大較小,可視 為未改變,而如果普通高強度螺栓這樣擰緊,扭矩(軸向拉力)則 會超標。這種擰緊法可降低相對於螺栓旋轉角軸向拉力的不均勻 性,使螺栓的軸向張力穩定。

塑性區螺栓能提供高且穩定的軸向張力,常用作汽缸蓋、連 杆軸承蓋、曲軸軸承蓋、曲軸與飛輪等處的固定螺栓。例如:連 杆軸承蓋螺栓扭矩過大,將使軸承的油隙過小,這可能導致軸承 卡死;另一方面,扭矩過小可能導致運轉時螺栓鬆動並脫落,從 而導致嚴重的發動機損壞。

此外,塑性區螺栓頭都是12角形的(外或內12角形),對安 裝位置的空間要求可能更小。擰緊塑性區螺栓需要遵照修理手冊 中的指示,因為擰緊塑性區螺栓的方法是螺栓先擰緊到規定的力 矩,然後再一次或分幾次擰緊一定角度。

拆卸後是否重新使用塑性區螺栓,可按維修理手冊中的指示 來定。如果GM車規定是更換,而TOYOTA車是測量螺栓直徑的 收縮值來決定。例如,圖7(a)是TOYOTA車2ZR-FE發動機連杆 螺栓,標準直徑為7.2~7.3mm,極限最小直徑為7.0mm。在測 量區域中使用遊標卡尺測量,如果測量結果小於7.0mm,則須更 換螺栓。

六、深凹槽型螺栓

沒有強度標記的深凹槽型螺栓是六角頭上有減重凹槽的法蘭 螺栓,是按法蘭外徑進行的分類(圖8),它們的法蘭外徑比帶有法 蘭頭的標準螺栓的直徑要大。安裝這類螺栓應小心地裝在正確的 位置並施加規定的扭矩。

七、均勻支承應力螺栓

均勻支承應力螺栓(圖9)的結構能防止鬆動。因為在它螺栓頭 的下法蘭面上滾壓或鍛造一個5~60′的小角度,這會導致法蘭 在螺栓擰緊時彎曲,從而提供額外的摩擦力來保持螺栓緊固。此 種螺栓可能標或不標強度標記。

八、內六角花形頭螺栓

這種螺栓(圖10)的結構能承受來自套筒到螺栓的更大的扭 矩。在螺栓強度不變條件下,對安裝位置的空間要求可更小。按 使用旋緊扳柄不同,分為「T型」和「E型」。

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