车用螺纹紧固件的结构及使用特点

◆文/上海 王锦俞

一、螺纹紧固件的定义及分类

螺纹紧固件是将汽车的部件连接起来的装置，是汽车维修技术人员接触最多的零件，现代汽车中使用了数百种紧固件。常见的紧固件如图1所示，拧紧螺栓时在螺栓上引起的力如图2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。

图1 各类紧固件

图2 螺栓上引起的力

二、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。

三、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3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。

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400×0.8=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3中右图所示。

图3 螺纹紧固件的强度等级标识

四、有效力矩型螺纹紧固件

有效力矩型螺纹紧固件(图4)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。

图4 有效力矩型螺纹紧固件(自锁螺栓和螺母)

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5(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。

图5 有效力矩型螺母(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(图4中6)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。

五、塑性区螺栓(屈服力矩型紧固件)

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6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，尔后又要再拧紧一个或几个角度，但从图6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。

图6 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7(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。