汽车标准件

紧固件简介紧固件约400种、3000个、40kg成本约占整车1.5%-2%螺纹联接是汽车零部件之间四种常用联接方式（螺纹联接、焊接、铆接和粘胶联接）之一，它具有精度高、装配方便、零件拆装方便等优点，是汽车制造技术的基础，也是标准化程度最高的机械零件。1.一辆汽车中紧固件数量比重统计：2.根据最近公布的数据，在汽车行业30%的维修问题是由紧固件松脱引起的，12%的新车存在紧固件松紧度不正确的问题。单车上紧固件品种数单车上紧固件重量Kg单车上紧固件总数高强度紧固件比例轿车50050400032%中重型卡车55088710035%克莱斯勒吉普中国召回464辆进口吉普牧马人前后轴与底盘之间的紧固螺栓在安装时可能存在缺陷。上海通用凯迪拉克国内召回2806辆2009年款进口CTS车型悬架横拉杆螺母可能发生松动。本田雅阁美国召回10800辆10和11款本田雅阁及11款的PilotSUV雅阁用于紧固前轮轴主轴螺母；Pilot的减震器连接托架螺栓存在装配问题。日产美国召回4,038辆10款Frontier、Xterra和Pathfinder安全气囊以及转速柱的紧固螺栓有松动的可能。2010-2011之间因紧固件问题的的汽车召回丰田美国地区自动召回77.8万RAV4、雷克萨斯HS250h悬架横拉杆螺母未按照正确操作程序旋紧可能发生松动。克莱斯勒全球范围内召回37万辆皮卡和运动型多功能车车辆后轴齿轮螺母存在松动现象，可能导致后轴意外锁死。捷豹路虎国内召回2012款神行者2和揽胜极光，共有70辆后制动卡钳固定螺栓拧紧力矩问题，制动卡钳易从轮毂上脱落，导致制动失效或爆胎。2012-2013之间因紧固件问题的的汽车召回紧固件问题带来的车辆召回紧固件问题带来的召回成本美国标准件研究机构统计数字：假想一个紧固件就如一个一圈圈缠紧的弹簧.想象一个用弹簧拉紧的门,当弹簧没有超过其屈服点时,它可以有效地将门闭紧.但当弹簧被过度拉伸而无法恢复到原来的长度时,弹簧将会失效而无法将门闭紧.但当弹簧被过度拉伸时,便会超过其屈服点,此时弹簧将会失效而无法将门拉紧.弹簧便失去了其原有的拉力.紧固件也是如此,一但被过度拉伸,便会失去原有的拉力.紧固件的工作原理张力张力夹紧力剪切力剪切力抗张力抗张力螺纹连接件中的力紧固件的工作原理剪切力剪切力张力张力此种现象必须避免!紧固件的工作原理测量拧紧效果我们能够测量的是扭矩T我们想要得到的是夹紧力FTFFFF紧固件的工作原理力伸长量压缩量螺栓拉伸被连接件压缩压力拉力螺栓和被连接件的变形紧固件的工作原理轴向工作载荷紧固件的工作原理预紧力的影响二、紧固件的工作原理预紧力和摩擦力的关系50%紧固件的拧紧技术在装配过程中90%的扭矩被摩擦力消耗，只有10%的扭矩转化为夹紧力紧固件的拧紧技术拧紧力矩和轴向预紧力的关系Ff=T/Kd其中，K：扭矩系数，螺栓的扭矩系数K宏观上直接反映螺栓拧紧过程中的扭矩与轴力之间的系数。与支承面粗糙度和润滑情况、螺纹副精度和润滑情况等有关。紧固件的拧紧技术轴向预紧力下限值：由连接结构的功能决定，此值必须保证被联接件在工作过程中始终可靠贴合；轴向预紧力上限值：由螺栓（螺母）和被连接件的强度决定，此值必须保证螺栓及被联接件在预紧和服役过程中不发生破坏。（如：螺栓拉长、拧断、脱扣、被联接件压陷/破裂等）轴向预紧力的要求紧固件的拧紧技术紧固件的装配方法常见拧紧工艺简介1.扭矩法扭矩法是较常见的一种装配控制方法，即拧紧螺栓至设定的扭矩后，拧紧控制机构停止动作来完成装配。由于装配工具精度、螺栓制造精度的因素的影响，此种装配方法的精确度不高。在实际装配过程中，预紧力的离散值往往可以达到±20～±30%至多，所以一般用在精度要求不高的非关键部位螺栓的装配。扭矩法拧紧曲线紧固件的装配方法扭矩法拧紧特点优点是实现较为简便，而且扭矩容易复验；用于弹性区域装配；90%的加载扭矩用于克服摩擦力；缺点是精度不高，预紧力正确度±25%，需要较高的设计余量来弥补扭矩控制带来的偏差；由于扭矩法拧紧得到的夹紧力，与目标夹紧力误差较大，所以扭矩法用于一般螺栓的装配，如：底盘、车身、车架等。紧固件的装配方法2.扭矩+转角法在扭矩转角法控制中，是把角度作为计算预紧力的变量，先将螺栓拧紧至一相对较小的起始扭矩（也叫贴合扭矩），是被连接构件有一个初始的贴合过程；再转过设定的角度后，拧紧机构停止动作来完成装配的过程。此时，螺栓的预紧力负荷可以设定在弹性变形范围区，也可设定在塑性变形范围区，使螺栓产品的性能得到充分的使用。在扭矩转角法拧紧中，螺栓轴向预紧力主要是在后面的转角中获得的。从图中可见，摩擦阻力（图中以摩擦系数表示的）的不同仅影响测量转角的起点，并将其影响延续到最后。而在计算转角之后，摩擦阻力对其的影响已不复存在，故其对螺栓轴向预紧力影响不大。因此，其精度比单纯的扭矩法高。紧固件的装配方法紧固件的装配方法扭矩转角法拧紧特点优点是通过转角度控制变形量来确定最终的预紧力，所以，螺栓的被连接件的表面状态对最终结果影响小；在产品尺寸、性能确定时，可以得到较高的预紧力且离散小，预紧力正确度±15%；装配扭矩离屈服点很近，可以得到很大的预紧力，离螺栓的承受极限还有安全距离，不会造成螺栓断裂；缺点是装配工具复杂，价格高；由于扭矩法转角法拧紧得到的夹紧力，与目标夹紧力误差较小，所以扭矩法用于夹紧力要求较高的螺栓的装配，如：发动机的汽缸盖螺栓、主轴承盖螺栓等。紧固件的装配方法3.屈服点法屈服点法是目前应用的较先进的一种方法，由扭矩转角法发展而来，且有应用越来越多的趋势。拧紧系统先将螺栓拧紧至一起始力矩（贴合力矩），从这一点开始，系统不断计算拧紧过程中扭矩/转角曲线的斜率，当斜率突然有明显的下降，说明屈服点达到，控制系统停止动作完成装配过程。从上图可以清楚地看出采用屈服点法装配，摩擦系数大小对于螺栓轴向预紧力的影响几乎可以完全消除。屈服点法与扭矩转角法法比较，其主要优点是：能克服在初始力矩时已产生的扭矩误差，因此，可以进一步提高拧紧精度。紧固件的装配方法屈服点法拧紧特点优点是，预紧力的大小仅与紧固件的屈服强度相关，与摩擦系数的变化影响不大。预紧力的离散度小，预紧力正确度±10%以内螺栓紧固过程中不容易拧断，不影响装配缺点是，装配工具非常复杂，价格高昂由于屈服点拧紧得到的夹紧力，与目标夹紧力误差非常小，所以主要用于夹紧力要求较高的螺栓的装配，如：发动机的连杆螺栓、汽缸盖螺栓、主轴承盖螺栓等。螺栓的典型失效1.疲劳断裂2.氢脆断裂3.扭转剪切断裂4.装配扭矩过大5.螺栓松动螺栓的典型失效螺栓的典型失效2、氢脆断裂螺栓的典型失效螺栓的典型失效4、螺栓的典型失效5、螺栓松动螺栓装配后松动的原因：螺纹连接的实质是通过轴向力使被连接件保持在一起，螺栓的松动的实质是螺栓拧紧后，轴向力的衰减。螺栓名称：后牵引钩螺栓断裂位置：螺纹处断裂原因：松动导致弯曲应力过大继而疲劳断裂宏观特征：螺纹处疲劳断裂螺栓的典型失效32设计计算步骤及方法（一）1.螺栓使用条件确认1.1安装位置1.2使用要求3.可靠性3.1螺纹强度3.2螺栓强度3.3极限表面压力2.设置轴力2.1外力2.2必要轴力的计算☆轴向外力的必要轴力的计算☆轴垂直方向外力的必要轴力的计算☆轴旋转方向外力的必要轴力的计算2.3将最小必要轴力转换为紧固力矩4.试验4.1紧固件认可实验/台架实验4.2道路试验验证设计步骤33螺纹升角反力矩螺纹摩擦力矩接触面摩擦力矩pD螺纹升角受力螺纹受力螺栓受力分析FT设计计算步骤及方法（二）341.1～1.3ねじ切り安全率：010002000300040005000051015紧固力矩（Ｎ／ｍ）轴力（Ｎ）扭矩系数Ｋ：0.2必要轴力安全率1.4松动断裂安全率1.0预紧力～紧固力矩力矩系数偏差±23.4%螺纹抗拉极限线MINMAXPtmin0.150.25Ptmax松动极限线极限必要轴力设计计算步骤及方法（三）35拉伸载荷基本不会松动剪切载荷非常危险扭转载荷危险螺栓的受力形式多个螺栓连接情况，应使用相同规格螺栓/螺母，同时保证螺栓/螺母受力相同，如车轮螺母，发动机半轴连接。√××设计计算步骤及方法（四）36螺纹孔保证2-3倍螺距的余量钢：0.8d-1d铸铁：1d-1.3d铝合金：2d-2.7d螺栓头部拧紧余量避免尺寸干涉保证螺栓与其它零件距离保证螺栓拧出长度0.5d螺纹旋合尺寸螺纹孔深度尺寸设计注意事项37摩擦系数是紧固件的重要参数之一，是标准件本身的固有参数。摩擦系数对标准件的装配质量有直接的影响。摩擦系数（一）Reibungszahl=0,08Reibungszahl=0,1449％45％端面摩擦扭距39％35％螺纹摩擦扭距12％20％夹紧力0.140.08摩擦系数夹紧力螺纹端面38主要汽车厂家-摩擦系数区间汽车制造厂摩擦系数区间备注宝马BMW0.09-0.15戴姆勒Daimler0.08-0.14菲亚特Fiat0.12-0.30福特Ford0.11-0.17通用GM0.10-0.16本田Honda0.17-0.23根据零件选择不同区间0.22-0.32现代Hyundai0.18-0.21根据零件选择不同区间0.13-0.160.215-0.245标志雪铁龙PSA0.12-0.18雷诺Renault0.12-0.18丰田Toyota0.063-0.117根据零件选择不同区间0.109-0.2310.17左右0.27-0.40沃尔沃Volvo0.13-0.17大众VW0.09-0.15摩擦系数（二）39（一）螺栓的连接级别螺栓连接级别、拧紧方法和安装控制之间存在着一定的关系。螺栓连接级别的确定影响到装配成本的高低。螺栓的连接级别（一）minmaxFFA拧紧系数40螺栓的连接级别（二）41螺栓的装配级别对应的装配力矩螺栓的连接级别（三）测试项目2.产品性能2.1螺栓(实物性能)42项目最小抗拉强度Rmmin公称保证应力SP,公称最小断后伸长率Af,min头部坚固性硬度最髙表面硬度最大脱碳层再回火后硬度降低值最小破坏扭矩MB,min表面缺陷测试项目2.产品性能2.1螺栓(材料性能)43项目最小抗拉强度Rmmin最小下屈服强度ReLmin规定非比例延伸0.2％的最小应力RP0.2min最小断后伸长率Amin最小断面收缩率Zmin硬度最髙表面硬度最大脱碳层最小吸收能量Kv,min表面缺陷k测试项目2.产品性能2.2螺母44项目公称保证应力SP,公称硬度锁紧性能推出力(铆接螺母)破坏扭矩(焊接螺母)测试项目2.产品性能2.3垫圈45项目硬度弹性(弹簧垫圈、齿形/锯齿形锁紧垫圈、鞍形/波形弹性垫圈)扭转性能(弹簧垫圈、齿形/锯齿形锁紧垫圈、鞍形/波形弹性垫圈)氢脆性能(弹簧垫圈、齿形/锯齿形锁紧垫圈、鞍形/波形弹性垫圈)残余力(锥形垫圈)测试项目2.产品性能2.5自攻螺钉46项目表面硬度芯部硬度渗碳层深度(金相)显微组织拧入性破坏扭矩测试项目2.产品性能2.6自钻自攻螺钉47项目表面硬度芯部硬度渗碳层深度(金相)显微组织钻孔和攻丝破坏扭矩测试项目2.产品性能2.7紧定螺钉48项目硬度脱碳保证扭矩(45H级)测试项目2.产品性能2.8自挤螺钉(薄板螺钉/自攻锁紧螺钉)49项目硬度(芯部和表面硬度)表面渗碳层深度破坏扭矩螺纹挤压成型能力抗氢脆破坏拉力载荷(需要时)测试项目2.产品性能2.9木螺钉50项目材料螺纹形位公差表面缺陷测试项目2.产品性能2.10铆钉(抽芯铆钉)51项目剪切载荷(铆接后)拉力载荷(铆接后)钉芯拆卸力(铆接前)钉头保持力(铆接后)钉芯断裂能力测试项目2.产品性能2.11销52项目硬度适应性(开口销)剪切性能(要求时)试验方法1.楔负载试验螺栓和螺钉成品楔负载试验用楔垫头部支承面直径超过1.7d,而未通过楔负载试验的螺栓和螺钉成品,可将头部加工到1.7d,并按表16规定的楔垫角度再次进行试验。此外,对头部支承面直径超过1.9d的螺栓和螺钉成品,可将楔垫角度10°减小为6°。53试验方法2.实物拉力试验螺纹有效旋合长度≥1d。未旋合螺纹的长度,lth≥1d，与保