汽车常用螺栓基本常识

    

    6.1.1　螺纹的历史

    在讲述螺栓之前必须先了解螺纹，因为螺栓的连接效果是由螺纹来实现的。

    螺纹是人类最早发明的简单机械之一，在古代，人们利用螺纹固定战袍的铠甲、提升物体、压榨油料和酒制品等。18世纪末，英国工程师亨利·莫斯利（Henry Maudslag）发明了螺纹丝杠车床。第一次工业革命后，1841年英国人约瑟夫·惠特沃斯（Joseph Whitworth）提出了世界上第一份螺纹国家标准（BS84，惠氏螺纹，B.S.W.和B.S.F.）从而奠定了螺纹标准的技术体系。1905年，英国人泰勒（William Taylor）发明了螺纹量规设计原理（泰勒原理）。从此，英国成为世界上第一个全面掌握螺纹加工和检测技术的国家，英制螺纹标准是世界上现行螺纹标准的祖先，英制螺纹标准最早得到了世界范围的认可和推广。

    世界上最有影响的紧固螺纹有3种，即英国的惠氏螺纹、美国的赛氏螺纹和法国的米制螺纹。最有影响的管螺纹有两种：英国的惠氏管螺纹、美国的布氏管螺纹。

    6.1.2　螺纹的种类、要素

    （1）螺纹的种类

    螺纹按用途分为两大类，即连接螺纹和传动螺纹，见表6.1。

    1）连接螺纹

    常用的有4种标准螺纹，即粗牙普通螺纹、细牙普通螺纹、管螺纹及锥管螺纹。

    上述4种螺纹牙型皆为三角形，其中普通螺纹的牙型为等边三角形（牙型角为60°）。细牙和粗牙的区别是在大径相同的条件下，细牙螺纹比粗牙螺纹的螺距小。管螺纹和锥螺纹的牙型为等腰三角形（牙型角为55°），螺纹名称以英寸为单位，并以25.4 mm螺纹长度中的螺纹牙数表示螺纹的螺距。管螺纹多用于管件和薄壁零件的连接，其螺距与牙型均较小。

表6.1　螺纹的种类

    

    2）传动螺纹

    传动螺纹用作传递动力或运动的螺纹。

    常用的有两种标准螺纹。

    ①梯形螺纹

    梯形螺纹的牙型为等腰梯形，牙型角为30°，它是最常用的传动螺纹。

    ②锯齿形螺纹

    锯齿形螺纹是指受单向力的传动螺纹，牙型为不等腰梯形，一边与铅垂线的夹角为30°，另一边为3°，形成33°的牙型角。

    （2）螺纹的要素

    螺纹的要素有牙型、直径、螺距、线数及旋向5要素。

    ①牙型

    在通过螺纹轴线的剖面上螺纹的轮廓形状，如图6.1所示。

    

图6.1　螺纹的牙型

    ②螺纹的直径

    螺纹有大径（外螺纹用d，内螺纹用D表示）、小径和中径之分，如图6.2所示。

    

图6.2　螺纹的直径

    ③螺纹线数

    螺纹有单线和多线之分，如图6.3所示。

    

图6.3　螺纹线数、螺距、导程

    ④螺距P、导程S

    其关系为（见图6.3）单线螺纹的导程＝螺距多线螺纹的导程＝螺距×线数

    ⑤旋向

    螺纹有左旋和右旋之分，其结构如图6.4所示。常用右旋螺纹，左旋螺纹一般用于特定场合使用。

    

图6.4　螺纹旋向

    （3）螺纹连接种类

    1）螺栓连接

    螺栓穿过被连接件上的光孔并用螺母拧紧。它分为普通螺栓连接和铰制孔螺栓连接两种。

    ①普通螺栓连接

    被连接件不太厚，通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙，结构简单，装拆方便，可多个装拆，应用较广。它主要用于被连接件不厚、通孔、经常拆卸的场合，如图6.5所示。

    

图6.5　普通螺栓连接

    ②铰制孔螺栓连接

    装配后无间隙，主要承受横向载荷，也可作定位用，采用基孔制配合铰制孔螺栓连接，如图6.6所示。

    

图6.6　铰制孔螺栓连接

    2）双头螺柱连接

    螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被连接件，另一端配以螺母，如图6.7所示。拆装时，只需拆螺母，而不将双头螺柱从被连接件中拧出。它适用于被连接件之一较厚、盲孔且经常拆卸的场合。

    

图6.7　双头螺柱连接

    3）紧定螺钉连接

    利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对位置，可传递不大的轴向力或扭矩。根据螺钉形状不同可分为平端紧定、锥端紧定和圆柱端紧定，如图6.8所示。

    

图6.8　紧定螺钉连接

    （4）螺栓的种类

    1）六角螺栓——普通粗牙

    ①用途

    与螺母配合，利用螺纹连接使两个零件连接成为一个整体。它属于可拆卸连接，其结构如图6.9所示。

    

图6.9　六角螺栓（普通粗牙）的结构

    ②标记

    螺纹规格d＝M12×1.5、公称长度L＝80 mm、性能等级为8.8级、表面氧化、A级的六角头螺栓的完整标记为

    GB 578　M12×1.5×80

    2）六角螺栓——普通细牙

    ①用途

    与螺母配合，利用螺纹连接使两个零件连接成为一个整体。它属于可拆卸连接，其结构如图6.10所示。

    ②标记

    螺纹规格d＝M12×1.5、公称长度L＝80 mm、性能等级为8.8级、表面氧化、A级的六角头螺栓的完整标记为

    GB 578　M12×1.5×80

    3）沉头类螺栓

    ①用途

    螺栓头部可埋入构件内，连接强度高。它一般用在被连接件需要保证平面的情况下使用。例如，耐磨板连接螺栓都是用沉头螺栓连接，其结构如图6.11所示。

    

图6.10　六角螺栓（普通细牙）的结构

    

图6.11　沉头类螺栓

    ②标记

    螺纹规格d＝M12×1.5、公称长度L＝80 mm、性能等级为8.8级、表面氧化、A级的六角头螺栓的完整标记为

    GB 70.1　M12×80

    4）吊耳、U形螺栓

    ①用途

    吊耳螺栓用于起重、吊装机具作起吊重物用。它一般常用于电机等需要吊装之设备上。U形螺栓一般作安装固定用。它一般使用在管道的固定、钢丝绳固定等场合，其结构如图6.12所示。

    

图6.12　吊耳（左）、U形螺栓（右）

    ②标记

    螺纹规格20 mm，材料为20号钢，A型吊耳螺栓标记为

    GB 825　M20

    5）紧定螺钉

    ①用途

    专供固定机件相对位置用的一种螺钉。它有开槽式、内六角式、方头3种。它一般多用在固定联轴器与平键的相对位置场合，其结构如图6.13所示。

    

图6.13　紧定螺钉

    ②标记

    螺纹规格d＝M12×1.5、公称长度L＝10 mm、标记为

    GB 7185　M12×10

    6）双头螺柱、螺柱

    ①用途

    双头螺栓一头可埋入构件内，另一头连接另一零件。它一般用在被连接件不能或不便安装带头螺栓的情况下使用。螺柱可代替双头螺栓使用，其结构如图6.14所示。

图6.14　双头螺柱

    ②标记

    螺纹规格d＝M12、公称长度L＝80 mm、性能等级为4.8级等长双头螺栓完整标记为

    GB／T 901　M12×80

    7）地脚螺栓、膨胀螺栓

    ①用途

    地脚螺栓专门埋于混凝土地基中，作固定各机器、设备的底座用，其结构如图6.15所示。

    膨胀螺栓一般是把机器设备或结构件等安装在混凝土地基上、墙壁中的一种特殊螺纹连接，其结构如图6.15所示。

    

图6.15　地脚螺栓（左）、膨胀螺栓（右）

    ②标记

    螺纹规格D＝M20、公称长度L＝400 mm、性能等级为3.6级，不经表面处理的地脚螺栓可标记为

    螺栓GB 799　M20×400

    8）扭剪螺栓、活节螺栓

    ①用途

    扭剪螺栓一般用于对钢构件的连接，其结构如图6.16所示。螺栓锁紧后，扭剪螺栓的头部应断裂。

    

图6.16　扭剪螺栓（左）、活节螺栓（右）

    活节螺栓多用于需要经常拆开连接的场合或工装上，其结构如图6.16所示。

    ②标记

    扭剪螺栓标记为

    GB／T 3633　M20×30

    活节螺栓标记为

    GB／T 798　M20×50

    9）自攻螺钉

    ①用途

    自攻螺钉一般用于薄金属制件的连接，如厂房浪板的固定。根据头部形状，可分为六角头、十字槽盘头、十字槽沉头及开槽沉头自攻螺钉，其结构如图6.17所示。

    

图6.17　自攻螺钉

    ②标记

    螺纹规格ST3.5，公称长度L＝16 mm，C型开槽自攻螺钉标记为

    GB／T 5283　ST3.5×16

    10）六角螺母

    ①用途

    六角螺母也称六角螺帽，与螺栓、螺钉配合使用，其结构如图6.18所示。

    

图6.18　六角螺母

    ②标记

    螺纹规格d＝M12、性能等级为8.8级、表面氧化、C级的六角螺母的完整标记为

    GB／T 41　M12

    11）开槽、法兰面螺母

    ①用途

    开槽螺母用在与之配合的螺杆末端带孔的螺栓，用开口销插入固定锁紧，主要用于具有震动载荷的设备上，其结构如图6.19所示。

    

图6.19　开槽螺母（左）、六角法兰面螺母（右）

    六角法兰面螺母具有更大的支撑面积与应力面积的比值，因而能够承受更高的预紧力。因此，一般用在汽车发动机、重型机械等产品领域，其结构如图6.19所示。

    ②标记

    同普通螺母一样，只是国家标准号不同。

    12）圆螺母、蝶形螺母

    ①用途

    圆螺母用于轴类零件上，以防止轴向位移，与止退垫圈使用，其结构如图6.20所示。

    蝶形螺母用于连接强度不高，需经常拆卸，可用手拧动的螺母。例如，钢锯弓、报纸夹等场合，其结构如图6.20所示。

    

图6.20　圆螺母（左）、蝶形螺母（右）

    ②标记

    圆螺母标记为

    GB／T 812　M12×1.5

    蝶形螺母标记为

    GB／T 62　M10

    13）锁紧螺母、盖形螺母

    ①用途

    自锁螺母与普通六角螺母一样，但比普通螺母更具有防松的功能，一般用在震动的连接部位，其结构如图6.21所示。

    

图6.21　自锁螺母（左）、盖型螺母（右）

    盖型螺母比普通螺母多了一个装饰的功能，其结构如图6.21所示。

    ②标记

    锁紧螺母的国家标准号为

    GB／T 6186—2000

    盖型螺母的国家标准号为

    GB／T 923—88

    14）平垫圈

    ①用途

    装置于螺母或螺栓头部与被连接件表面之间，保护被连接件表面避免被螺母擦伤、增大被连接件与螺母间的接触面积、降低螺母作用在被连接件表面上的压力，其结构如图6.22所示。

    ②标记

    平垫圈标记为

    GB／T 97　10

    15）弹簧垫圈

    ①用途

    弹簧垫圈是安装在螺母和构件之间，利用弹簧垫圈断口处的尖角和受到挤压后产生的反弹力，防止螺母松动。它有标准、轻型和重型3种系列，其结构如图6.23所示。

    

图6.22　平垫圈

    

图6.23　弹簧垫圈

    ②标记

    规格16 mm，材料45号的弹簧垫圈的标记为

    GB／T 93　16

    16）止动垫圈、带爪垫圈

    ①用途

    配合螺母防止螺母松动，主要用于制有外螺纹的轴或紧定套上作固定作用，其结构如图6.24所示。

    

图6.24　止推垫圈、带爪垫圈

    ②标记

    规格16 mm，材料Q235，表面氧化的圆螺母用止动垫圈标记为

    GB／T 858　16

    6.1.3　高强度螺栓简介

    （1）高强螺栓与普通螺栓的区别

    两者的区别是材料强度的不同。普通螺栓的材料是Q235（即A3）制造的。高强螺栓的螺杆、螺母和垫圈都由高强钢材制作，常用45号钢、40硼钢、20锰钛硼钢、35CrMoA等。制成后还要进行热处理，提高强度。高强度螺栓可承受的载荷比同规格的普通螺栓要大。

    

图6.25　高强螺栓

    （2）从强度等级上看

    高强螺栓常用8.8级和10.9级两个强度等级，其中10.9级居多。普通螺栓强度等级一般为4.4级、4.8级、5.6级。

    （3）从受力特点来看

    高强螺栓施加预拉力和靠摩擦力传递外力。普通螺栓连接靠栓杆抗剪和孔壁承压来传递剪力，拧紧螺母时产生预拉力很小，其影响可以忽略不计，而高强螺栓除了其材料强度很高之外，还给螺栓施加很大预拉力，使连接构件间产生挤压力，从而使垂直于螺杆方向有很大摩擦力。高强螺栓连接具有施工简单、受力性能好、可拆换、耐疲劳以及在动力荷载作用下不致松动等优点，是很有发展前途的连接方法，汽车上的连杆螺栓、制动底板螺栓、传动轴螺栓等都是用的高强螺栓。

    6.1.4　螺栓紧固参考力矩

    汽车用一般螺纹紧固件拧紧力矩见表6.2。

表6.2　汽车用一般螺纹紧固件拧紧力矩表

    

续表

    

注：1.汽车上所用的螺纹连接的紧固件，应按汽车使用说明书规定的拧紧力矩紧固。如无说明，又无特殊要求，应按本表相应规定紧固。
　　2.本表不适用于有特殊要求的部位。