一种车灯用双头螺栓及配合结构探讨

苏珊珊　王世峰　王顺兴

【摘  要】整车对灯具的要求除灯光安全法规外，美观、协调、匹配、间隙、面差、气候适宜、耐久等都是不可缺少的考核指标。每个零件都决定了灯具品质和整车品质。目前车灯与车身的固定安装，普遍通过螺栓将车灯固定在车身上。本文就一种合理的车灯用双头螺栓包括其配合结构的研发过程、结构来源进行解析说明。

【关键词】车灯；双头螺栓；配合结构

中图分类号：U463.65    文献标志码：A    文章编号：1003-8639（ 2023 ）09-0058-04

Discussion on a Double Head Bolt and Its Matching Structure for Car Lights

SU Shanshan，WANG Shifeng，WANG Shunxing

（Wuhu Anrui Optoelectronics Co.，Ltd.，Wuhu 241009，China）

【Abstract】In addition to lighting safety regulations，the requirements for lighting fixtures in the entire vehicle include aesthetics，coordination，matching，gaps，surface differences，climate suitability，durability，and other indispensable assessment indicators. Each component determines the quality of the lighting fixtures and the overall quality of the vehicle. At present，the fixed installation of the car lamp and the vehicle body is generally fixed to the vehicle body through bolts. This article analyzes and explains the development process and structural source of a reasonable double head bolt for car headlights，including its mating structure.

【Key words】vehicle lights；double headed bolts；coordination structure

作者簡介

苏珊珊（1989—），女，标准化工程师，主要研究方向为汽车零部件。

1  背景技术及应用

车灯是车辆的必备部件，车辆在不同的使用环境和不同的速度以及振动条件下都必须满足照明法规的规定，用户和厂商对车灯的使用体验要求也日益提高。车灯与车身的安装机构的好坏也是不可缺少的考量范围，包括车灯总成在内，灯具在整车上的装配结构可靠性如何，直接关系到车灯的品质。目前车灯与车身之间的固定安装形式有很多种，现通过常用的一种螺栓固定的形式，与各位探讨。

本文要解析的车灯与车身的连接方式是：螺栓的一端固定在车灯上，螺栓的另一端用于与车身的固定（图1），此紧固件螺栓称之为双头螺栓（图2）。故合理的双头螺栓结构尤为重要，它不仅决定了车灯的品质，还决定了车灯与车身连接的可靠性。

2  双头螺栓的设计探讨

从以下5个维度解析双头螺栓的设计：①密封垫的设计；②六角盘（法兰盘）的设计；③六角花形的设计；④自攻端螺纹设计；⑤灯体BOSS柱孔径、孔深设计。其中密封垫的设计包含轴向压缩方式、径向尺寸设计；自攻端螺纹设计包含螺纹牙型、长度。双头螺栓的设计截面如图3所示。

3  密封垫的设计

用于双头螺栓结构上的密封垫如图4所示。材质一般为发泡EPDM，邵氏硬度一般为15度，压缩量一般设计为50%。

3.1  轴向压缩方式

图5为双头螺栓配合结构优化前状态，其发泡密封垫放置于六角盘与钣金之间，缺陷是密封垫压缩后不能回弹，仅一次使用寿命，针对此问题点进行优化。优化措施如下：①增加1圈限位筋，优化后状态，如图6所示；②发泡密封垫的压缩量可控，通过调节限位筋的高度来控制压缩量；③发泡密封垫拆下后可以回弹，可以重复使用。

3.2  径向尺寸设计

3种径向尺寸设计如图7所示，钣金凹陷如图8所示，设计具体参数见表1。

总结：①发泡密封垫尺寸需要合理设计，尺寸的大小直接影响相关性能；②通过验证及量产项目使用情况得出，有效密封宽度3mm为定出的标准设计值。

4  六角盘的设计

1）基于优化密封垫，增加了限位筋，结构如图9所示，但是结构存在局限性：①六角盘的套筒工具（锁紧用）导致了限位筋加大；②限位筋加大后，随着螺母拧紧，钣金会产生变形，向下凹陷；③安装螺母时无导向，容易歪斜。

2）基于以上缺陷，进行优化，方案如图10所示，优化点如下：①头部增加六角花形，用六角花形锁紧，则限位筋不用加大；②头部增加六角花形起导向作用，螺母更易安装。

5  六角花形的设计

5.1  六角花形与六角的选用

本文第4章节中提到，基于优化限位筋加大与螺母冲突问题，增加了六角花形（图11）。六角（图12）拐角处较小，与工具配合容易磨损，导致滑牙，如图13所示。相比之下六角花形结构耐磨、不易滑牙。

5.2  六角花形如何选型

如图14所示，以匹配M6螺母举例，根据GB/T 9145查出：M6内螺纹小径最小尺寸为4.917mm，如图15所示。图11中六角花形A尺寸需小于M6螺母内螺纹小径最小尺寸4.917mm。由于M6内螺纹小径最小尺寸为4.917mm，通过查询标准GB 6189得出A尺寸选值范围，从而进行型号选择，由图16得出E4、E5都符合要求，E5尺寸更大些，从结构强度上考虑，选择E5型号。

5.3  六角花形高度H选值的合理性

通过工程验证、生产问题点总结及供应商技术交流得出：5.5≥H≥4.5；4.5mm以下太短，有滑牙风险；5.5以上占用空间大，从经济角度考虑不适用，且带帽螺母无法配合使用。

6  自攻端螺纹设计

双头螺栓与车灯的连接方式：双头螺栓上设有自攻螺纹，通过自攻螺纹攻入灯体BOSS柱内。

6.1  螺纹牙型

选择QC/T 713塑料（尼龙）用自攻螺钉螺纹取代GB/T 5280自攻螺钉用螺纹，对比如图17、图18、表2所示。

总结：从旋入扭矩、失效扭矩、牙型分析上进行对比，QC/T 713双牙螺纹性能优于GB/T 5280螺纹。

6.2  螺纹长度

为方便标准化管控，统一螺纹长度为12mm。表3为3种规格方案对比。自攻端螺纹长度L的取值与螺栓失效扭矩、占用灯体空间大小相关，故取值需合理，图19为螺纹长度设计。

7  灯体BOSS柱孔径、孔深设计

7.1  灯体BOSS柱孔径设计思路

QC/T 713标准中有规定灯体BOSS柱孔径的范围值，如图20所示。例：NST 5.5对应的BOSS柱孔径范围值为3.6～4.2mm。由标准确定了孔径的范围值，再通过工程验证确定d的具体取值，将双头螺栓柱分别扩孔至3.9mm，4.0mm，4.1mm，4.2mm，4.3mm。观察现象并分别测试退出、正常失效、装车失效扭矩值，如表4所示，灯体材质为30%PC+ABS。

经验证对比，QC/T 713双头螺栓NST5.5X12相匹配正确BOSS柱孔径值为Φ4.0+0.10。

7.2  灯体BOSS柱孔深相关

为防止螺纹攻入底部導致灯体BOSS柱开裂，灯体BOSS柱孔深，在螺栓长度的基础上至少预留2mm的间隙，即BOSS柱孔深=L+2mm。

8  总结

目前汽车行业正在蓬勃发展，车灯作为汽车上的重要零件之一，随之发展。灯具与车身的固定方法，除此连接方式之外，还有很多种，如卡扣式固定、插件式固定、托盘式固定等。本文只是将一种最常用、最简单的，用于汽车车灯安装固定结构的开发过程、车身与车灯连接螺栓细节的重要性进行了部分探讨。

参考文献：

[1] GB/T 9145—2003，普通螺纹中等精度、优选系列的极限尺寸[S].

[2] GB 6189—1986，紧固件用六角花形 E型[S].

[3] GB/T 5280—2002，自攻螺钉用螺纹[S].

[4] QC/T 713—2004，塑料（尼龙）用自攻螺钉螺纹[S].

[5] GB/T3098.13—1996，紧固件机械性能螺栓与螺钉的扭矩试验和破坏扭矩公称直径1～10mm[S].

[6] GB/T3098.1—2010，紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱[S].

（编辑  杨凯麟）