車用螺紋緊固件的結構及使用特點

◆文/上海 王錦俞

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(xiàn)代汽車中使用了數(shù)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。

圖1 各類緊固件

圖2 螺栓上引起的力

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，左旋松)，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，最常見的條件是干凈干燥、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%用于擰緊螺栓。干燥的表面摩擦力最大，當緊固件上涂了潤滑劑時，摩擦力變小。

4.注意，維修手冊上規(guī)定的旋緊螺紋件的扭矩是指干凈無油條件下。有油污的螺紋件即使按規(guī)定扭矩旋緊后，對零部件夾緊力仍可能不穩(wěn)定或不足。因此，除非維修手冊上另有規(guī)定，否則是指干燥干凈的螺紋。

三、緊固件強度等級

鋼制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余個等級，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(zhì)為低碳合金鋼或中碳鋼并經(jīng)熱處理(淬火、回火)，通稱為高強度螺栓，其余通稱為普通螺栓。

ISO公制螺栓強度等級標號是由兩部分數(shù)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(zhì)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(chǎn)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，強度較高的螺栓也并不總是安全的，強度更高的螺栓往往更脆，可能會在特定的應用中出現(xiàn)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。

圖3 螺紋緊固件的強度等級標識

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松動。

圖4 有效力矩型螺紋緊固件(自鎖螺栓和螺母)

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，使螺母很難松開，拆卸后，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(chǎn)生防松阻力。尼龍接合面有效力矩緊固件在緊固件螺紋上采用了尼龍材料來形成螺紋接合面。

圖5 有效力矩型螺母(自鎖螺母)

有效力矩緊固件是否可再次使用取決于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(guī)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松旋入則不可再使用。

涂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，否則擰緊力矩難于準確，然后在螺紋末端涂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)來軟化材料后再旋松；過量使用鎖止劑會導致在松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，使用鎖止劑會增大松動扭矩，拆卸時注意不要損壞螺栓。

五、塑性區(qū)螺栓(屈服力矩型緊固件)

將螺栓旋緊到超出彈性范圍，這個范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(qū)螺栓很好地避免扭矩過大或過小的問題，因為它先擰至規(guī)定扭矩，爾后又要再擰緊一個或幾個角度，但從圖6可見，在塑性區(qū)范圍內(nèi)再怎么緊固，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于螺栓旋轉角軸向拉力的不均勻性，使螺栓的軸向張力穩(wěn)定。

圖6 塑性區(qū)螺栓擰緊原理

塑性區(qū)螺栓能提供高且穩(wěn)定的軸向張力，常用作汽缸蓋、連桿軸承蓋、曲軸軸承蓋、曲軸與飛輪等處的固定螺栓。例如：連桿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松動并脫落，從而導致嚴重的發(fā)動機損壞。

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

拆卸后是否重新使用塑性區(qū)螺栓，可按維修理手冊中的指示來定。如果GM車規(guī)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(fā)動機連桿螺栓，標準直徑為7.2～7.3mm，極限最小直徑為7.0mm。在測量區(qū)域中使用游標卡尺測量，如果測量結果小于7.0mm，則須更換螺栓。