关于汽车螺栓.docx

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关于汽车螺栓

汽车发动机拆装基础知识讲座

汽车发动机螺纹、螺栓、螺帽知识与拆装

胡建军

生活中到处可以见到各种各样、大大小小的螺栓、螺母、垫圈，我见过最大的螺帽对边直径有两米，最小的仪表螺帽不足0.5毫米。

对于汽车维修人员汽车发动机螺栓、螺母、垫圈更是司空见惯，恰恰作为一名汽车维修人员，在从事汽车维修过程中贯穿始终的就是面对汽车以及发动机上各种螺栓、螺母、垫圈的拆拆装装，正是因为如此，以往有关汽车及汽车发动机机械类显现故障，80%以上都是有关螺栓问题造成的；同时还有由于对螺栓认识不足，使用与应用不当，造成大量影响发动机工况与寿命潜在性致命的隐患。

一台完整可以正常运转的发动机，是通过上百条各种标准不同、型号不同、功能不同、材料不同、加工过程不同等等螺栓连接组装在一起的，也只有通过这些种种不同的螺栓的连接，才能够使得一台发动机正常的运转，才能使运转的发动机充分体现设计之初的功能、听觉与视觉之美。

当然也直接体现出维修人员的技术艺术之精湛与完美。

有一首儿歌里唱到一个小朋友在路上见到一个螺丝帽，最后交给了司机叔叔。

写歌儿的人一定不是搞技术的，但愿司机叔叔用这个螺丝帽的时候要慎重。

美国哥伦比亚号宇宙飞船就是一个小小的螺丝帽的问题，导致爆炸死了13个人。

由于螺栓螺帽引发的汽车故障和事故，同样触目惊心，数不胜数。

因为螺栓问题引起发动机故障和事故的原因大致有以下几点：

1、螺栓没有按技术规范预紧，不是不够紧就是紧不够，玩命的紧，完全跟着感觉走，

2、螺栓没有按规定位置安装，在发动机什么位置，什么功能，什么空间，什么力矩安装什么样的螺栓设计之初都有特殊要求的，并不可以拿起一个外形差不多的就可以替代。

3、特殊螺栓没有采用原设计材料、加工工艺；使用一般材料加工替代特殊材料，使用一般加工工艺替代特殊加工工艺加工特殊螺栓；使用普通螺栓替代特殊螺栓。

4、特殊螺栓在特定位置，使用不正确的拆装工具、工艺；

5、不同功能区的要求忽略不同螺栓对各种不同垫圈使用的应用；

6、螺栓螺母防松措施不当。

七十年初期，第一次接触进口发动机大修，按师傅教的和以往的习惯经验，三大主要螺栓：

缸盖螺栓、连杆和主轴承螺栓，曲轴飞轮螺栓按技术要求达到预紧力，其余全凭经验预紧，结果发动机运转以后，工作倒还平稳，但发动机的声音粗糙，不好听，不如原机声音平顺，温婉。

拆检多次，查找各种原因效果基本没有改变。

当时很多人开玩笑地说“这台机器入乡随俗了”。

经过了非常复杂，曲折的过程，已经到了才竭计穷地步，最后抱着试一试想法，将所有发动机螺栓该换新换新的，该复位的复位，然后查找资料、数据、设计手册全部螺栓都按规范预紧力预紧这其中包括油底壳螺栓、各种支座连接螺栓，最后启动着车。

发动机的声音平顺、清澈、宛如田园小曲，浸人心肺。

当时的心情，用现代人的话那叫一个“爽”！

为了验证这不是偶然性所致，经过两次反复终于证明其必然所致。

目前许多汽车维修人员包括接受过职业教育和正在接受职业教育的，他们由于受习惯经验思维的影响，受狭义汽车维修技术至酷人为淡化相关知识的学习与了解，加之技能的学习过程相对封闭，造成知识架构单薄，所以很多相关基础知识不知、不深、不广，比如钳工基础知识、材料基础知识、材料加工和热处理知识以及相关边缘知识，当然更谈不上对整车理论以及例如故障诊断理论的深入了解。

实践证明这些相关知识和基础理论对汽车维修技能的提高有极大的帮助，并极大地促进维修思维能力的拓展。

当然这些知识不必刻意地去学，更不必死记硬背，只是必须了解而已。

这就和我们了解与汽车维修相关的法律法规、标准，规范一样，有这些我们一定按着这些去做，暂时不具备这些法律法规、标准，规范，但我们知道如何努力去追求趋于达到这些法律法规、标准，规范。

用这些法律法规、标准，规范约束指导我们的技术手段与过程。

这就是我们的目的。

认识螺栓、螺帽必须先从认识螺纹开始。

常用螺纹（内外螺纹是一样的）的用途和特征：

普通螺纹：

主要用于紧固件，螺距分为粗牙和细牙，细牙主要用于薄壁件和一些密封及阻尼孔；

特种细牙螺纹：

主要用于光学仪器，比普通细牙螺纹更细；

过渡配合螺纹：

主要用于双头螺柱；

过盈配合螺纹：

主要用于功率大、转速高工作环境恶略的动力机械；

短牙螺纹：

主要用于薄璧零件；

MJ螺纹：

俗称加强螺纹，特点牙底半径大，主要用于航天器；

管螺纹：

有只起连接作用的和兼起密封作用的两种；

还有各种不同形状的螺纹很多，所有这些螺纹都执行国家标准。

螺栓、螺母的螺纹一般选用牙型为600这种牙型压根强度高，具有良好的自锁功能。

螺纹是根据GB/T192-2003《普通螺纹基本牙型》国家标准加工的。

常用螺纹的标记：

M表示普通米制螺纹的公称直径J表示螺纹的牙型特点，MJS其中的S表示特殊螺纹。

汽车上的缸盖螺栓、曲轴连杆和主轴轴承螺栓、飞轮螺栓、油底壳螺栓、放油螺栓、包括一些限位、定位、阻尼、限压、锁止（变速箱体与发动机连接螺栓、传动轴连接螺栓、差数器螺栓、轮胎螺栓等）还有一些镀铜、镀锌、发蓝、发黑螺栓都属于特殊螺栓。

特殊螺栓占到汽车发动机全部螺栓的95%以上。

所谓特殊就是为专用设置的，这些专用螺栓的功能是其它类型的螺栓不可替代的，也有将这类螺栓称为汽车专用螺栓的，从这个角度来讲，作为维修人员是不可以轻视的。

螺纹的型号一般由下列字母和数字组成：

MJS12×1.5LH-7H-L

螺纹种类代号公称直径螺距左旋公差带旋合长度组

右旋不标注

螺纹的精度主要是依据螺纹配合公差带，公差带越窄精度越高（公差带是一种形位公差精度的表示方法。

形位公差是对被加工件要素的形式和位置的最大允许的变动量。

公差带越窄加工精度也就越高）。

螺栓的精度的选用是根据设计用途依照国家标准的，这些依照国家标准生产加工的螺栓俗称为标准件，也有一些螺栓执行的是地方标准，工厂标准或者极其特殊场合需要特制螺栓，俗称非标件。

特殊螺栓比特殊螺纹意义更广泛一些，它包括由特殊材料或经过特殊工艺加工的螺栓。

如上面介绍过的各种发动机特殊螺栓，有的材料是低碳钢、中碳钢、高碳钢，有的是合金钢如铬锰钢，有的是弹簧钢以及有色金属的等，加工过程根据不同的用途、大小以及批量一般采取冷锻（或冷墩）、搓丝、挤压（分为冷、温、热三种工艺）、冷拔、拉伸、滚制等多种加工方法，后期有的是经过调质处理的，有的是经过渗碳、渗氮的等复杂工艺处理。

螺栓的作用因其结构不同大致可分为：

连接螺栓主要用于通孔连接；双头螺栓主要用于不通孔经常拆卸连接；螺钉连接主要用于不通孔不经常拆卸连接；定位螺钉连接，主要用于相对零件位置的定位，能够承受和传递的力很小。

螺纹连接的拧紧力矩和预紧力控制：

绝大多数螺纹联接在装配时都要预紧，目的在于增强连接的刚性、紧密型、防松能力及防止受横向载荷连接的滑动。

拧紧时扳手力矩适用于克服螺纹副的螺纹阻力矩及螺母与被联接件（或垫圈）的支撑面摩擦力矩。

这种在螺栓工作载荷之前受到的力称为预紧力。

预紧力的大小则根据螺栓组受力和连接的工作要求决定。

一般规定拧紧后螺纹联接件的预紧应力不得大于其材料屈服点的80%。

预紧力大小及转角是根据材料力学中的螺栓伸长量与预紧力的关系称之为虎克定律计算出来的。

螺栓、螺母的预紧控制方法主要有力矩法、转角法、螺栓伸长量控制法、拉伸法等。

下面简单介绍几种常用的方法

1、力矩法力矩法是经常应用的预紧力控制方法，预紧力控制精度的控制误差为±25%，这种对于预紧力要求不高的场合经常运用，预紧力矩一般参照JB/T5000.10-2007选用；

2、转角法目前转角法在特别主要的螺栓连接系统中使用极为普遍。

特别是汽车行业。

这种预紧力方法预紧力精度较高能够达到±15%以内。

3、液压拉伸器方法该方法通过液压拉伸器拉伸螺栓长度，然后拧紧螺母后除去外力，达到设计规定的预紧力要求，这种方法一般应用于柴油机和大型大功率内燃机。

预紧力精度可达到±5%。

这里要说明一点为什么过去我们在预紧螺栓或螺帽时，经常采用分三次每次达到多少扭力（力矩法），而现在更多采用分三次每次旋转多少角度来控制预紧力（转角法），因为这样做法可以达到较高精度的预紧力。

在利用螺栓长度来控制预紧力时，螺纹的旋合长度直接影响到预紧力矩的大小。

分下期

一次在一个维修厂遇到一辆奔驰500，是KE系列的发动机大修，揭缸盖时缸盖螺栓滑扣，缸盖螺栓将发动机缸体相对应的螺纹承孔绞碎带出，百分之八十的螺栓都是如此。

在处理这件事时第一次修理工是采取将发动机缸体承孔螺纹加大，配置以加大缸盖螺栓直径的做法，结果螺栓的预紧力远没达到要求螺栓就全部断了，虽然断的部位稍有不同。

第二次换上了相应螺纹直径的柴油机缸盖螺栓，结果又将缸体承孔螺纹绞碎带出。

就这样反复几次，最后发动机相应的螺纹承孔已经和发动冷却水套几乎贯通，如果不采取适当的措施缸体一定报废，这是客户所不能接受的，这时修理工采取了在缸体承孔上镶丝套的做法，这种丝套内外都加工有螺纹，外螺纹与加大直径的缸体螺纹承孔以过盈配合相连接（并涂以金属粘接剂）内螺纹可以选用原来的标准直径的螺栓，这是唯一可行的方法，但是这种丝套是特殊合金金属加工的，是采购的商品成品，而这种市面上供应的丝套大多数是为易损的缸盖上的火花塞预备的，因此丝套的长度只有25mm,而缸盖螺栓要求旋合长度为40mm以上，旋合长度就是说螺栓拧入缸体的长度要达到40mm以上，才能到要求的预紧力矩。

结果尽管换了新的螺栓，预紧力矩三分之二时，螺栓将丝套一并带出。

这就是不了解螺纹、螺栓知识的结果。

我后来看到了这个问题，自己用合金钢加工了一个长度42mm的丝套，精度为中度，并经过调质处理，同时换上新的缸盖螺栓装和后达到标准预紧力力矩。

这个例子非常典型。

还有一个我们经常遇到的例子，以往维修工为了防止发动机油底与机体之间结合部位漏油，无论有密封垫或者没有密封垫的，装配油底壳时，所有的螺栓总是尽量紧的不能再紧为止，结果是越紧越是漏油，这是典型的不按规范预紧螺栓的结果。

超大的预紧力使得油底壳和发动机缸体下部产生局部变形，在热机时尤其严重。

螺栓、螺母。

垫圈都设定有不同的性能等级，具体依照哪一个性能等级是根据设计要求定的。

所以发动机上所有螺栓、螺母、垫圈都是依据特定的位置（这些位置都是经过计算的、预紧力矩也是根据功能计算得来的）设计要求加工的或选择的。

典型螺纹、螺栓、螺母、垫圈各部位的名称及特点：

螺纹：

螺纹牙顶角度是根据不同要求设计成不同角度、形状，如三角形、梯形、圆角形以及双线螺纹等。

螺栓：

过度R角是为了增强螺栓头部与螺杆的强度。

千万不要小看这个R角，我们在很多零部件形位变化结合部都会加工一个R角作为过渡，这个R角起到增加局部强度和应力扩散的重要作用，如有些外加工点不规范，再磨削曲轴时磨完轴颈忘了修正轴与曲拐之间的R角，结果造成曲轴断裂。

有些普通螺栓，在一时找不到合适的替代时，不得已选择同样但长度稍长的截短代用，但往往忽略在截断处的断面边缘磨削一个450倒角（螺纹入角）。

这个倒角很重要不仅是螺栓便于旋入，而且可以减弱甚至去除剪削力。

螺栓的公称直径是指螺杆的最大直径，一般用大写字母M表示，螺栓的有效直径用dt表示，是指螺杆的螺纹处最小直径，也就是螺纹根部的直径，主要用于计算螺栓的抗拉强度的大小。

螺孔的直径用do或用dw表示。

螺栓的长度是指螺杆杆长度，不包括螺杆头部在内，一般来讲螺栓长度按旋紧件的旋合长度+垫片厚度+5mm余量。

螺母：

端部倒角

螺帽非接触面必须加工有倒角，接触面按需要可加工也可不加工倒角。

D代表内螺纹公称直径dw代表牙底直径M螺帽的厚度S螺帽的公称尺寸

E螺帽的对角尺寸

螺栓、螺帽出现折断、滑扣（撸扣）、裂纹、变形、变软、锈蚀（氧化）的原因：

折断：

螺栓在拧紧时因承受拉力引起延长，导致螺栓或螺母支撑面承受很大的载荷（产生相应的应力）而且产生的压缩载荷会产生载荷集中效应，或因螺栓伸长（应变）超过了弹性极限，于是因塑性屈服产生永久性变形使预紧力和夹紧力失效，加之循环变载荷作用在螺栓脉动载荷的反复作用下，应力水平过高、幅值也过高就会长生疲劳断裂。

螺栓折断一是由于扭力过大，超过其所承受的负载；二是其由于螺栓预紧力不够，加之承受轴向力的同时还要承受组合件的横向剪切力；三是由于环境因素如频繁变化的高温、应力、氧化、硫化、碱化、腐蚀等所致；四是材料和加工工艺不符；五是拆装（强拆强拧）不当。

比如经常遇到的缸盖螺栓、排气歧管螺栓、排气管螺栓等。

还有一些复杂的物理机制会导致螺栓断裂在此不去一一介绍。

我亲眼见过维修工用普通螺栓代替连杆螺栓，恶劣无知的行为造成极其严重的后果。

滑扣（撸扣）：

扭力过大、螺栓与螺纹孔的螺纹不匹配，比如同样螺距但螺纹的形状不一样；同样螺纹但螺距不一样（1mm和1.25mm很难用肉眼区分，必须用螺纹规比对）；金属与非金属组合，比如铝合金缸体如扭力过大、进水腐蚀、氧化极易产生粘铰以及频繁的高温、应力急剧的变化等。

裂纹：

原材料或加工过程以及后期处理的缺陷；疲劳过度。

变形、变软、锈蚀（氧化）：

组合件位置错移迫使螺栓弯曲变形、不当外力冲击造成弯曲变形、伸长变形等；变软一般是由于疲劳过度或高温退火造成；锈蚀多是由于氧化、酸碱腐蚀等造成。

发动机维修工具可分为两部分：

一部分是专用工具，另一部分就是螺栓、螺帽的拆装工具，它们有呆板手（开口扳手）、梅花扳手、棘轮扳手、套筒（电动）、活动扳手、钢丝钳、管钳、螺丝起子、扭力扳手、接杆、加长杆等。

要注意工具的优先使用次序。

在拆装螺钉时，应尽可能使用开口板手、梅花扳手或套筒（注意15Kpa以上应使用梅花扳手，有规定的一定要使用带刻度显示的扭力板子），尽可能少用活动扳手或钳子，以免“圆角”。

螺纹大多数是右旋的，少数是左旋的（如：

曲轴前传动盘紧固螺钉）。

拆装时还要注意。

对于重要部件的螺钉，必须严格遵守它们的力矩规定值。

拆卸螺钉时，要按种类和次序摆放好，为分析故障和装复机器创造条件。

拆放螺栓时应尽量轻拿轻放，以防意外损伤螺纹。

同时培养我们文明操作习惯。

拆取断头螺栓时，一定要使专用工具，尽量不要使用錾刀榔头敲击。

装配螺栓、螺帽、垫圈一定要将其表面反复清理干净，尤其螺纹表面，要用铜刷清除杂质，更要注意组件不通的螺纹盲孔内的清理，盲孔里面的金属杂质和液体是造成组件紧而不紧的重要原因。

英制螺纹和公制螺纹，只有极少数规格是对应的，如5／8和16、9／16和14。

工具和螺钉不要混用。

同时，对螺栓做相应的检查和比对。

将结果进行记录。

螺母、螺栓等级示意图

常用螺栓、螺母标记示意图

（螺栓、螺母分级小常识：

螺栓的头部制有记号以辨认其强度级。

通常英制螺栓，其头部制有径向射线来标明强度。

径线数加2即为螺栓的强度。

这种分级称为SAE级。

米制螺栓在其头部标有数字，数字越大，螺栓的强度越大。

螺母基本同样，但5级强度一般不标注。

）

螺栓的强度等级一般有两位数组成，二位数中间以点来分隔，由这个数字可以确定：

最小抗拉强度;最小抗压强度。

螺栓的强度是指成品螺栓的强度等级，螺母和垫圈的强度等级一般随螺栓而配套，通常我们用一个带小数点的一组数字表示，其中小数点左边的数字表示其抗拉强度的1%，小数点右边的数字表示屈服强度比，例如：

10.9级螺栓抗拉强度就是10*100=1000N/mm2,屈服强度就是1000*0.9=900N\mm2.我们通常使用的螺栓等级有4.8,5.6,8.8,10.9,12.9等若干种。

选择多大的螺栓需要通过力学计算来确定。

米制螺栓、螺帽拧紧力矩规范由于篇幅所限可查阅相关资料和《机械设计手册》。

注意：

同样直径的细牙螺栓要比粗牙螺栓的强度约提高10%。

还要格外引起注意的是：

一些重要部位常常使用称为“屈服力矩螺栓”。

屈服力矩螺栓是那些被紧固到预先设定的屈服或伸长点。

当一个螺栓根据它的力矩规范被拧紧的时候，它是不会被拉伸到它的弹性极限的。

当屈服力矩螺栓被制造者拧紧的时候，他们有一些微小的伸展，因此，他们比一般标准螺栓拧得紧。

一旦被拉伸，它们将不会回到原始尺寸，因此，再次使用时它们就应该用和其它相同硬度的新螺栓代替。

通常这些屈服力矩螺栓使用在主轴承和气缸盖上。

而且，通常汽车制造厂家建议在替换新螺栓时，其拧紧螺栓时使用力矩角度计，通过测量旋转的度数来测量加在螺栓上的力矩。

也就是维修手册上常说的将某螺栓分几次，并每次旋转多少角度。

汽车上常用的通用紧固件

汽车上常用多种形式的螺母，每种形式有特定的用途

关于生锈螺纹的拆卸技术。

可以先紧一下再松；可以喷洒螺纹松动剂或机油；可以用喷灯均匀加热后再松……。

汽车上用的垫圈

垫圈是介于连接件表面和螺栓、螺母之间的一个部件，它能使工件在孔口处的受力更均匀一致，不致应力集中，根据功用不同常用垫圈有以下几种：

1、平垫圈

2、高强度垫圈，由高强度锰钢制成这种垫圈的一面内圈有倒角，使用时有倒角的一面朝向螺母或螺栓头部没有倒角的一面紧贴工件。

3、弹性垫圈，主要用于螺栓和螺母的防松。

4、斜垫片，垫片表面有一定斜度与工作面相配合。

螺栓螺母的防松方法：

1、锁钢丝，这一种在不十分重要的场合经常使用的方法，通过螺栓头部预留的孔穿过一根相应粗细的钢丝与其配合的工件或相邻的螺栓相互绞紧，达到防松的目的；

2、弹簧垫圈，这种方法2000年以前应用的很多，2000年以后逐渐淘汰，因为根据国外经验分析这种方法措施反而会加剧松动趋势，并破坏精度加工的零件表面；

3、锁固胶（防松胶），放松效果较好，适用于不经常拆卸的场合；

4、对于8.8级以上的螺栓如果其长度和公称直径比大于5，可省略其它防松措施；

5采用特殊锁紧垫圈，这种方法效果非常好，特别适合震动较大的场合。

该垫圈是由两片带不同锯齿形的垫片组成。

6、采用自锁螺母，其工作温度范围较宽，一般为-500C-3000C。

以上只是简单、肤浅、有选择地介绍了一些汽车发动机上常用的螺栓、螺帽和垫圈知识，目的是让我们的维修人员了解与螺栓相关知识，还是那句话以上这些知识不需要死记硬背，知道了解而已，但又是必须知道和了解。

螺栓虽小作用非同寻常，应当引起我们高度关注。

以上介绍的相关知识在《机械设计手册》上都有，感兴趣的可以查阅。

成也细节，败也细节，细节之处方显我们的真功夫。