螺紋是零件上常見的一種結(jié)構(gòu)，被廣泛地用于零件之間的連接，可以起傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的作用。螺紋連接是一種廣泛使用的可拆卸的固定連接，具有連接力大、結(jié)構(gòu)緊湊、拆裝方便、連接可靠等優(yōu)點(diǎn)。利用螺紋的特性，進(jìn)行螺紋緊固件連接設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；?、專業(yè)化、集約化生產(chǎn)，大大降低生產(chǎn)成本。由于螺紋緊固件品種規(guī)格繁多，大多是專業(yè)化、集中化生產(chǎn)，使用要求較為嚴(yán)格，影響其防松性能的因素較多，這無疑增加了緊固件連接設(shè)計(jì)的難度 。

一 些關(guān)鍵部位的螺栓連接一旦失敗會(huì)給企業(yè)帶來無法估量的損失，所以汽車螺紋緊固件連接設(shè)計(jì)十分重要。受螺紋結(jié)構(gòu)原理的限制，松脫是螺紋緊固件的主要失效形式之一，必須采取有效的措施預(yù)防松脫，于是各種防松螺紋緊固件應(yīng)運(yùn)而生。

汽車產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略性、支柱性產(chǎn)業(yè)，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平是衡量國家綜合國力和科技進(jìn)步的重要指標(biāo)。螺紋緊固件是汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基石，是汽車產(chǎn)業(yè)鏈的重要部分。隨著汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展到，市場對汽車螺紋緊固件的需求越來越大。而且，螺紋緊固件的質(zhì)量和壽命直接關(guān)系到整個(gè)汽車的穩(wěn)定性，影響著整個(gè)行業(yè)的發(fā)展，因此應(yīng)不斷優(yōu)化汽車螺紋緊固件連接設(shè)計(jì)，提高汽車螺紋緊固件質(zhì)量。

1、汽車緊固件概述

汽車緊固件是指將兩個(gè)或兩個(gè)以上零件緊固連接成為一件整體時(shí)所采用的一類機(jī)械零件的總稱，汽車緊固件的市場十分廣闊。汽車上常用的緊固件有螺栓、螺柱、螺母、螺釘 、墊 圈 、夾具等，可見螺紋緊固件（一種有內(nèi)螺紋或是外螺紋的機(jī)械零件）較為常見。

2、汽車螺紋緊固件連接概述

所有的工作標(biāo)準(zhǔn)都明確了螺紋緊固件的各種接地應(yīng)力，以保證螺紋緊固件的特性指標(biāo)值，選用符合規(guī)范要求的螺紋緊固件，從而完成基本的螺紋連接設(shè)計(jì)。

首先，明確指出設(shè)備的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)境。其次，明確規(guī)定組件的各種應(yīng)力。再次，根據(jù)構(gòu)件不失效的各種標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算，螺紋零件的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以數(shù)值要求為基礎(chǔ)。最后，選擇符合要求和標(biāo)準(zhǔn)的螺紋緊固件來增加緊固件的類型和數(shù)量。為了簡化承載能力的分析和計(jì)算，將螺紋緊固件上的外力分為4 類 ：一是純拉應(yīng)力，如氣缸蓋地腳螺栓。二是純剪應(yīng)力，如水泵飛輪地腳螺栓。三是拉應(yīng)力+ 應(yīng)力，如曲軸箱地腳螺栓。四是拉應(yīng)力+ 應(yīng)力 + 剪應(yīng)力，如汽車車輪地腳螺栓。螺紋連接獲得的徑向預(yù)緊力受摩擦力、擰緊方法和專用工具精度等多種因素的影響，特定的徑向預(yù)緊力可以通過超聲波測量。由于需要精確測量力來描述徑向預(yù)緊過程，所以有必要在設(shè)計(jì)早期指定應(yīng)用所需的最小徑向預(yù)緊力。

3、汽車螺紋緊固件作用

3.1 固定作用

汽車螺紋緊固件能將兩個(gè)主要零件或部件緊密連接成為一個(gè)整體，可以將氣缸蓋固定在氣缸體上，將托架固定在車架上，將曲軸固定到軸承座上。在這種情況下，拉伸應(yīng)力被施加到螺紋緊固件上并使汽車零件被固定，除非抗拉強(qiáng)度足夠強(qiáng)，否則固定部分不會(huì)松動(dòng)。

3.2 傳力作用

當(dāng)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)部件通過螺紋緊固件連接時(shí)，該部分的扭矩通過螺紋連接傳遞到另一部分。例如，在汽車中，螺栓用于連接前后傳動(dòng)軸、半軸法蘭與輪轂、輪輞和輪轂等。在這種情況下，螺栓受到剪切應(yīng)力和拉伸應(yīng)力。

3.3 連接作用

螺紋緊固件具有連接作用，需要拆卸的部件通常用螺紋緊固件連接，以方便拆卸，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼與曲軸箱連接、空氣濾清器與化油器上體連接 、各種電線及電氣部件連接等。

3.4 定位作用

汽車的某些重要部分保持著比較緊密的相對位置關(guān)系，這種關(guān)系可以進(jìn)行改變或調(diào)整，調(diào)整后，用螺栓或螺釘固定相對位置。例如，在汽油機(jī)分電器和斷路器的動(dòng)觸頭與定觸頭調(diào)整間隙后，用螺紋緊固件固定，使其不松動(dòng)。

4、螺紋緊固件連接松動(dòng)原因

4.1 接合面變形

用螺栓進(jìn)行連接時(shí)，會(huì)施加一定的預(yù)緊力，使螺栓發(fā)生拉伸變形，并造成與螺栓的接觸面局部塑性變形。如果在使用過程中繼續(xù)發(fā)生塑性變形，螺栓與支撐面之間會(huì)出現(xiàn)輕微的滑動(dòng)，從而降低預(yù)緊力 ，使螺栓連接松動(dòng)。

4.2 軸向載荷引起松動(dòng)

當(dāng)軸向載荷施加到具有初始預(yù)載荷的螺紋連接時(shí)，螺栓被軸向力拉伸。徑向分力作用在螺紋的斜面上，螺紋的接觸面之間存在一定的相對滑動(dòng)。重復(fù)加載時(shí)，相對滑移量逐漸增大。當(dāng)螺紋連接達(dá)到自鎖狀態(tài)時(shí)，螺母松動(dòng)旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致連接失效。

4.3 因橫向載荷而松動(dòng)

當(dāng)有初始預(yù)緊力的螺紋連接承受垂直于軸線的橫向載荷作用時(shí)，橫向力的反復(fù)作用使螺紋發(fā)生彈性的扭轉(zhuǎn)變形或零件接觸面之間有垂直于螺紋軸線方向的相對滑移。逐漸發(fā)展累積的扭轉(zhuǎn)位移使螺旋副沿螺旋方向向下滑動(dòng)，從而使預(yù)應(yīng)力減小，甚至消失，進(jìn)而使螺紋連接出現(xiàn)松動(dòng)。

由于可變負(fù)載、沖擊和振動(dòng)的作用，上述因素往往同時(shí)作用。此外，工作溫度變化較大和其他因素也會(huì)導(dǎo)致螺紋緊固件連接松動(dòng)。

5、汽車螺紋緊固件連接設(shè)計(jì)

5.1 連接設(shè)計(jì)概述

在進(jìn)行汽車螺紋緊固件連接設(shè)計(jì)時(shí)，需要清楚地了解螺紋緊固件在典型和極端工作條件下的各種接地應(yīng)力，根 據(jù) CAE分析軟件模擬分析或?qū)崟r(shí)采集路面承載力，指定螺紋緊固件規(guī)格，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)選擇螺紋緊固件，并確保其不偏離規(guī)格和標(biāo)準(zhǔn)公差。

進(jìn)行螺紋緊固件連接設(shè)計(jì)時(shí)需要注意以下方面：第一 ，是 否 有 防 潮 規(guī) 定 ；第二 ，是否有電導(dǎo)率要求。第三，是否有高溫工作條件要求；第四，是否需要經(jīng) 常 拆 裝 ；第五，有無顏色 調(diào) 節(jié) ；第六，防腐有哪些 規(guī) 定 ；第七，是否應(yīng)擰緊；第八，是否需要墊圈。第九，安裝與其他部件間距應(yīng)符合要求；第十，清楚 螺 紋 代 號(hào) ；第十一，注意摩擦控制。在選擇粗細(xì)螺絲緊固件時(shí)，M10和 M10以上規(guī)格推薦選擇細(xì)螺絲。原 因 如 下 ：第一 ，徑向調(diào)節(jié)能力強(qiáng)；第二 ，相同規(guī)格可提供更高的鎖模力；第三，螺旋角小，用小扭矩可增強(qiáng)軸向力，同時(shí)可提高抗松動(dòng)性；第四，具有較高的扭轉(zhuǎn)和橫向剪應(yīng)力；第五，厚壁零件和高韌性零件可以更牢固地連接；第六，螺紋可以更靠近地腳螺栓頭；第七，不容易脫落。

5.2 設(shè)計(jì)要求

第一，螺栓和螺母需配套。一般來說，性能等級(jí)較高的螺母，可以替換性能等級(jí)較低的螺母，螺栓-螺母組件的應(yīng)力高于螺栓的屈服強(qiáng)度或保證應(yīng)力是可行的。第二，工藝工程師必須充分溝通，慎重考慮要使用的固定和安裝工藝技術(shù)。第三，緊固件的設(shè)計(jì)必須結(jié)合動(dòng)態(tài)和靜態(tài)數(shù)據(jù)扭矩。在公開安裝和搬運(yùn)技術(shù)時(shí)公布動(dòng)態(tài)扭矩要求，在過程管理計(jì)劃中公布靜態(tài)扭矩要求。第四，緊固件應(yīng)設(shè)計(jì)在可見的位置，要便于安裝和拆卸，防止盲目操作，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。第五，在安裝不方便的地方如中間軸、轉(zhuǎn)向裝置的安裝位置，應(yīng)進(jìn)行防隨動(dòng)設(shè)計(jì)，防止因?qū)嶋H操作出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問題。第六 ，不考慮使用萬向套筒，用其緊固將導(dǎo)致扭矩變化。

6、螺紋緊固件加工工藝

6.1 鍍鋅

鍍鋅是指在金屬、合金或者其他材料的表面鍍一層鋅以起美觀、防銹等作用的表面處理技術(shù)，主要采用的方法是熱鍍鋅。鋅易溶于酸，也易溶于堿，在干燥空氣中變化不大，在潮濕的空氣中，表面能生成一種很致密的堿式碳酸鋅薄膜，這種薄膜能有效保護(hù)內(nèi)部不再受到腐蝕。熱鍍鋅是使熔融金屬與鐵基體反應(yīng)而產(chǎn)生合金層，而電鍍鋅是利用電解原理 ，在制件表面形成均勻、致密、結(jié)合良好的鋅鍍層的過程。堿脆是傳統(tǒng)熱鍍鋅加工工藝難以擺脫的弊端，堿脆對原材料、機(jī)械和設(shè)備的性能危害很大，

會(huì)縮短零件的壽命，導(dǎo)致設(shè)備毀壞。

6.2 鋅鋁涂層

鋅鋁涂料是水溶性、無鉻 、鋅鋁建筑涂料，可以浸泡、涂漆或噴涂到鋼材或預(yù)制件的表面。鋅鋁涂層就是將水性無鉻鋅鋁涂料浸涂、刷涂或噴涂于鋼鐵零件或構(gòu)件表面，經(jīng)烘烤形成的以鱗片狀鋅為主要成分的無機(jī)防腐蝕涂層（外觀偏灰），是一種無廢氣排放、不添加重金屬鉻和鉛的涂層。與傳統(tǒng)的鋅鉻防腐涂層相比，鋅鋁涂層具有以下特點(diǎn)：涂層不含金屬鉻，具有良好的耐蝕性和耐高溫性。其憑借深鍍性能和再噴砂性能，可適用于鋼、鑄 鐵 、鋁及其合金、鐵基粉末冶金等多種基體材料的腐蝕防護(hù)。由于高溫烘烤成型工藝的要素，鋅鋁涂層施工過程中不會(huì)造成氫脆問題，與鋁和鋁合金不會(huì)產(chǎn)生電偶腐蝕。鋅鋁鍍層可以代替鋅鉻涂層，也可以代替部分電鍍鋅、電鍍鎘工藝。

6.3 磷化

鋼鐵零件有機(jī)溶解在含錳、鐵 、鋅 、鈣的磷酸鹽溶液中，表面會(huì)生成一層難溶于水的磷酸鹽保護(hù)膜 （磷 化 膜 ），這一過程叫作磷化。磷化的目的主要是給金屬提供保護(hù)，防止金屬被腐蝕，用于涂漆前打底，提高漆膜涂層的附著力與防腐蝕能力。磷化膜具有暗灰色或黑色的外觀，具有微孔板結(jié)構(gòu)，經(jīng)填 充 、油浸或涂漆處理后，具有較好的抗腐蝕性。

磷化膜還具有良好的潤滑性，可以減少摩擦，防止或減少表面層的劃傷或開裂。此外，磷化膜還具有良好的絕緣性能，經(jīng)過磷化處理后，鋼材的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能和磁性能基本保持不變。磷化所需設(shè)備簡單，實(shí)際操作方便，成本低，效率高，在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)磷化液成分，磷化可以分為鋅系磷化、鋅鈣系磷化、鐵系磷化、錳系磷化、復(fù) 合 磷 化 ；根據(jù)磷化處理溫度，磷化可分為高溫型、中溫型、低溫型、常溫型。

6.4 達(dá)克羅

達(dá) 克 羅 （DACROMET) 是一種新型表面處理技術(shù) ，主要以鋅粉、鋁 粉 、鉻酸和去離子水為防腐涂料。達(dá)克羅有很多優(yōu)點(diǎn)：第一，具有超強(qiáng)耐腐蝕性能 ，防銹效果是傳統(tǒng)電鍍鋅、熱鍍鋅或涂料涂覆法的 7 ~ 10倍。采用達(dá)克羅工藝處理的標(biāo)準(zhǔn)件、管接件經(jīng)耐鹽霧試驗(yàn)1200 h 以上未出現(xiàn)紅銹；第二，不會(huì)發(fā)生氫脆現(xiàn)象。達(dá)克羅的處理工藝決定了達(dá)克羅

不存在氫脆現(xiàn)象，這使得達(dá)克羅非常適合在受力零件 上 涂 裝 ；第三，耐熱性強(qiáng)。達(dá)克羅耐高溫材料腐蝕 ，耐熱溫度可達(dá)300℃以上。在傳統(tǒng)的鍍鋅工藝中，當(dāng)溫度達(dá)到100℃時(shí)材料就會(huì)出現(xiàn)起皮現(xiàn)象；第四，達(dá)克羅涂層具有強(qiáng)大的附著力和再涂性能，與金屬基體有良好的結(jié)合力，與其他附加涂層有著較強(qiáng)的黏著性，處理后的零件易于噴涂著色，與有機(jī)涂層的結(jié)合強(qiáng)度甚至超過磷化膜；第五，透氣性強(qiáng)。由于靜電屏蔽效應(yīng)，工件的深孔、縫隙和內(nèi)壁很難鍍鋅,所以不能用電鍍的方法保護(hù)工件的這些部位。達(dá)克羅可以進(jìn)人工件的不同部位，形成達(dá)克羅涂層。

達(dá)克羅也有一些缺點(diǎn)：第一，達(dá)克羅的燒結(jié)溫度高，時(shí)間長，能 耗 大 ；第二，達(dá)克羅表面硬度不高,耐磨性差，達(dá)克羅涂層的制品不適合與銅、鎂 、鎳 、不銹鋼零件接觸和連接，否則會(huì)影響制品表面質(zhì)量和防 腐 性 能 ；第三，達(dá)克羅涂層導(dǎo)電性差，不適用于電器接地螺栓等導(dǎo)電連接的零件。

7、汽車螺紋緊固件改進(jìn)方向

為了提高緊固件產(chǎn)品質(zhì)量，必須嚴(yán)格控制所選用鋼材質(zhì)量和生產(chǎn)過程，必須嚴(yán)格控制所用鋼的化學(xué)成分，以降低鋼中的硫、磷和氧元素含量，否則會(huì)導(dǎo)致緊固件在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生裂紋。在生產(chǎn)汽車緊固件的過程中，要想提高汽車緊固件的質(zhì)量，需要采用先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備，運(yùn)用合適的生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品合格率。在對緊固件進(jìn)行熱處理時(shí)，必須嚴(yán)格控制爐溫、爐內(nèi)氣氛和時(shí)間，以盡量避免緊固件表面燒損和脫碳現(xiàn)象。雖然廠家嚴(yán)格控制生產(chǎn)過程，但仍難以保證所有產(chǎn)品都是合格件。因此，在生產(chǎn)完成后需要進(jìn)行分揀和測試。

8、結(jié)束語

汽車緊固件是汽車產(chǎn)業(yè)鏈的重要部分，在進(jìn)行緊固件連接設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮各種因素。同時(shí)，加工技術(shù)也非常重要，值得高度重視。在進(jìn)行汽車緊固件連接設(shè)計(jì)時(shí)，需要運(yùn)用先進(jìn)的汽車緊固件加工工藝 ，在堅(jiān)持相關(guān)設(shè)計(jì)原則和要求的同時(shí)，不斷學(xué)習(xí)、借鑒、創(chuàng)新，以更好地促進(jìn)汽車行業(yè)發(fā)展。

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